Результат интеллектуальной деятельности: Способ термоупрочнения режущей части рабочих органов

Изобретение относится к области термического упрочнения высокоуглеродистых сплавов путем использования плазмы дугового разряда между деталью и вольфрамовым электродом и может быть использовано при производстве рабочих органов орудий для разработки грунтов.

Известен способ упрочнения поверхности изделий из чугуна, в соответствии с которым упрочняемую сторону нагревают сварочной дугой при помощи неплавящегося угольного электрода при силе тока 180-200 А, а затем охлаждают со скоростью 400-500°С/с (авторское свидетельство СССР №1171538 от 07.08.1985). Однако при таком выполнении упрочнения поверхностного слоя у образцов из высокопрочного чугуна возникают проблемы с обеспечением устойчивости горения дуги, вследствие чего поверхность детали становится неровной и содержание углерода в поверхностном слое неоднородно.

Известен способ электроконтактного термоупрочнения лезвия почвообрабатывающего орудия из высокопрочного чугуна ВЧ50 толщиной не менее 7 мм, включающий нагрев поверхности тыльной стороны лезвия почвообрабатывающего орудия электрической дугой обратной полярности путем перемещения электрода по криволинейной траектории, образованной линейным перемещением параллельно острой кромки лезвия почвообрабатывающих орудий и вращением вокруг вертикальной оси, при этом нагрев поверхности тыльной стороны лезвия осуществляют вольфрамовым электродом постоянным током, при этом диаметр вращения электрода вокруг вертикальной оси задают равным ширине лезвия, причем за один оборот электрода вокруг вертикальной оси линейное перемещение составляет 5 мм, а частоту вращения устанавливают 25 мин^-1 (патент РФ №2678723 от 31.01.2019).

К недостаткам данного способа следует отнести ограничения по толщине обрабатываемых изделий, а также сложность в программировании процесса перемещения электрода при изменении геометрии рабочих органов.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ упрочнения поверхности стальных изделий, включающий цементацию поверхностного слоя изделия с использованием плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом из углеродсодержащего материала и упрочняемой поверхностью стального изделия с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности, при этом цементацию поверхностного слоя ведут пульсирующей дугой, при этом электроду из углеродсодержащего материала сообщают колебательные движения с частотой колебаний 5-20 Гц, причем на каждом колебании упомянутый электрод вводят в контакт с упрочняемой поверхностью, продолжительность которого устанавливают 0,02-0,05 с., при этом электрод перемещают над упрочняемой поверхностью со скоростью 0,5-2,5 см/с (патент РФ №2563572 от 20.09.2015).

К недостаткам данного способа упрочнения поверхностного слоя можно отнести: отсутствие возможности упрочнения образцов из высокопрочного чугуна из-за возникновения проблем с обеспечением устойчивости горения дуги на его поверхности и перенасыщением углерода.

Технической задачей данного изобретения является получение заданной стабильной глубины упрочненного слоя в режущей части рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна ВЧ 50, повышение твердости.

Технический результат - получение заданной стабильной глубины ледебуритного слоя глубиной 1,4-1,5 мм, повышение износостойкости лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна ВЧ 50.

Технический результат достигается способом термоупрочнения режущей части рабочих органов, включающим использование плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом и упрочняемой поверхностью с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности пульсирующей дугой, при этом упрочняют режущую часть рабочих органов, выполненных из высокопрочного чугуна ВЧ 50, в качестве электрода используют вольфрамовый электрод, который осуществляет осевые продольные колебания с частотой 4-8 Гц и перемещается по упрочняемой поверхности со скоростью 0,3-1,0 см/с, при этом время каждого контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью составляет 0,1 с.

Отличительные существенные признаки, влияющие на достижение заявленного технического результата:

- упрочняются поверхности рабочих органов из высокопрочного чугуна ВЧ 50;

- в качестве электрода используют вольфрамовый электрод;

- вольфрамовый электрод осуществляет осевые продольные колебания с частотой 4-8 Гц;

- вольфрамовый электрод перемещается по упрочняемой поверхности со скоростью 0,3-1,0 см/с;

- время контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью при каждом контакте составляет 0,1 с.

Использование пульсирующей дуги обеспечивает регулирование нагрева обрабатываемой поверхности, так как интенсивный нагрев поверхности происходит только в короткий период, когда электрод находится на заданном расстоянии от обрабатываемой поверхности и прекращается, когда электрод находится в контакте с обрабатываемой поверхностью изделия. В зоне разряда происходит быстрое нагревание поверхностного слоя рабочих органов из высокопрочного чугуна от электродугового разряда обратной полярности. При этом близлежащая зона не успевает нагреться до высоких температур. При последующем контакте электрода с поверхностью изделия дуга прерывается, имеет место короткое замыкание в зоне контакта электрода с обрабатываемой поверхностью и резкое уменьшение теплового потока в изделие, что обеспечивает быстрый отвод тепла с обработанной поверхности на основную массу рабочего органа, что приводит к образованию ледебурита (отбелу).

Упрочнение образцов из чугуна ВЧ50 созданием на их поверхности отбеленного слоя, состоящего из цементитной эвтектики - ледебурита, осуществлялось локальным быстрым нагревом до расплавления металла при электродуговом нагреве вольфрамовым электродом. Основная масса металла оставалась холодной. Поэтому после отключения источника тепла тонкий расплавленный поверхностный слой вследствие интенсивного теплоотвода на большую холодную массу затвердевал с сильным переохлаждением относительно эвтектического солидуса с образованием ледебурита.

Микротвердость отбеленного ледебуритного слоя Н₅₀=10210±1403 МПа. Глубина отбеленного слоя 1,4-1,5 мм.

Предлагаемые в изобретении параметры перемещения электрода вдоль обрабатываемой поверхности обеспечивает необходимый размер зоны упрочнения в одном цикле обработки, чтобы получать непрерывную полосу упрочненной поверхности изделия из высокопрочного чугуна ВЧ 50.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Упрочняли режущую часть рабочих органов с использованием плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом и упрочняемой поверхностью с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности пульсирующей дугой. Упрочнялись поверхности рабочих органов из высокопрочного чугуна ВЧ 50, в качестве электрода использовали вольфрамовый электрод, который осуществлял осевые продольные колебания с частотой 4 Гц и перемещался по упрочняемой поверхности со скоростью 0,3 см/с. Время контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью при каждом контакте составляло 0,1 с. Получали ледебуритный слой глубиной 1,4-1,45 мм, что обеспечивало повышение износостойкости при проведении лабораторных испытаний. При эксплуатации рабочих органов, упрочненных по заявленному способу, выявилось, что используемые рабочие органы характеризовались повышенной износостойкостью лезвий по сравнению с неупрочненными. Упрочненные долота чизельных плугов отработали на 26% больше, лемехи плугов на 31% больше в гектарах, чем те же рабочие органы без упрочнения.

Пример 2. Упрочняли режущую часть рабочих органов с использованием плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом и упрочняемой поверхностью с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности пульсирующей дугой. Упрочнялись поверхности рабочих органов из высокопрочного чугуна ВЧ 50, в качестве электрода использовали вольфрамовый электрод, который осуществлял осевые продольные колебания с частотой 8 Гц и перемещался по упрочняемой поверхности со скоростью 1,0 см/с. Время контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью при каждом контакте составляло 0,1 с. Получали ледебуритный слой глубиной 1,45-1,5 мм, что обеспечивало повышение износостойкости при проведении лабораторных и производственных испытаний. При эксплуатации рабочих органов, упрочненных по заявленному способу, выявилось, что используемые рабочие органы характеризовались повышенной износостойкостью лезвий по сравнению с неупрочненными. Упрочненные долота чизельных плугов отработали на 27% больше, лемехи плугов на 32% больше в гектарах, чем те же рабочие органы без упрочнения.

Таким образом, заявленный способ упрочнения режущей части рабочих органов обеспечивает получение заданной стабильной глубины ледебуритного слоя глубиной 1,4-1,5 мм, повышение износостойкости лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна ВЧ50.