Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРОЧНЯЮЩЕГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕМЕХОВ ПЛУГОВ

Изобретение относится к способам восстановления и упрочнения изношенных деталей с применением сварки и может быть использовано при восстановлении рабочих органов почвообрабатывающих машин, преимущественно лемехов плугов.

Известен способ упрочнения лемехов плугов из среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталей. Он включает наплавку на лемех малоуглеродистого электродного материала параллельными друг другу валиками, при этом каждый последующий валик наносят со скоростью, обеспечивающей образование закалочной структуры, после остывания предыдущего валика [Патент РФ 2274526, В23К 9/04, В23Р 6/00, опубл. в Б.И. №11, 2006].

Недостатком данного способа является сильное термическое воздействие при наплавке, что приводит к короблению упрочняемых лемехов. Кроме этого, наплавленные валики увеличивают тяговое сопротивление плуга при его работе.

Известен способ восстановления лемехов плугов, заключающийся в том, что на поверхности лезвия лемеха выполняют паз, заполняют его припоем, устанавливают на припой металлокерамические пластины, наносят дополнительный слой припоя и флюса в место стыка пластин с вертикальной гранью паза, после чего пластины нагревают с использованием водородно-кислородного пламени горелки до расплавления припоя и охлаждают лемех с пластинами в термоизоляционном сборнике до комнатной температуры [Патент РФ 2344913, В23Р 6/00, В23К 1/012, А01В 15/04, опубл. в Б.И. №3, 2009].

Однако восстановленные данным способом лемехи плугов имеют низкую износостойкость при работе на суглинистых и супесчаных почвах из-за выкрашивания и разрушения сверхтвердых, но хрупких металлокерамических пластин.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления лемехов плугов, включающий удаление изношенной режущей части лемеха, изготовление новой режущей части из листовой рессорной стали твердостью 35…40 HRC, упрочнение режущей части путем электродуговой наплавки износостойкого материала в виде валиков с ее тыльной стороны по всей длине, причем область пятки наплавляют на всю ширину режущей части на длине не менее 30 мм. После упрочнения режущую часть приваривают к восстанавливаемому лемеху сплошным швом с двух сторон без разделки кромок [Журнал «Сельский механизатор», 2013. - №2, с. 34-35 - прототип].

Однако использование данного способа при восстановлении лемехов плугов, работающих при значительных статических и динамических нагрузках в условиях интенсивного абразивного изнашивания, не обеспечивает их высокую износостойкость. Кроме этого, электродуговая наплавка износостойкого материала на упрочняемую режущую часть производится не на всю ее ширину (за исключением небольшой по длине области пятки), что также приводит к снижению износостойкости восстановленных лемехов.

Задачей изобретения является повышение долговечности восстановленных и упрочненных лемехов плугов.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости и износостойкости восстановленных и упрочненных лемехов плугов.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в заявляемом способе упрочняющего восстановления лемехов плугов, включающем удаление изношенной режущей части лемеха, изготовление новой режущей части из листовой рессорной стали, упрочнение новой режущей части путем наплавки износостойкого материала с ее тыльной стороны по всей длине и приваривание упрочненной новой режущей части к восстанавливаемому лемеху, согласно изобретению в качестве износостойкого материала используют нанометаллокерамический композиционный материал в виде пасты, состоящей из порошка типа ПР-Н70Х17С3Р4, карбида бора, двуокиси кремния, азотнокислого натрия и связующего, которую наносят на тыльную сторону режущей части по всей ее ширине, и после ее затвердевания осуществляют вибродуговую наплавку с использованием графитового электрода, при этом сила тока составляет 70…75 А, а напряжение - 55…60 В.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале производят удаление изношенной режуще-лезвийной части лемеха. При этом можно использовать угловую шлифовальную машину, например, типа МШУ-2-230 и круг отрезной типа 41 150×2×20 14А 80-Н по ГОСТ 21963-2002. Также для этих целей возможно использование аппаратов для воздушно-плазменной резки. Новую режущую часть изготавливают из листовой рессорной стали твердостью 35…40 HRC. В качестве материала для изготовления режущей части можно использовать листы автомобильных рессор, утратившие упругость, но имеющие твердость не ниже 35 HRC. Форма и размеры вновь изготавливаемой режущей части в каждом конкретном случае должны определяться в зависимости от величины износа лемеха.

Затем изготовленную новую режущую часть упрочняют путем вибродуговой наплавки износостойкого материала. В качестве последнего используют нанометаллокерамический композиционный материал в виде пасты, которую готовят путем смешения следующих компонентов: порошок типа ПР-Н70Х17С3Р4 (ТУ 14-22-33-90), являющийся матрицей, - 55…60%, карбид бора В₄С - 20…25%, двуокись кремния SiO₂ - 5…7%, азотнокислый натрий NaNO₃ - 8…10%. Связующим для этих компонентов является 50% водный раствор клея ПВА. Предварительно карбид бора и двуокись кремния измельчают до наноразмерного состояния (фракция порядка 40…60 нм). Это приводит к существенному увеличению механических свойств данных материалов (в частности, их твердости и износостойкости). Пасту наносят шпателем на тыльную сторону упрочняемой режущей части по всей ее ширине. Толщина слоя накладываемой пасты - 2,5…3,0 мм, после нанесения она высушивается до затвердевания. При температуре 90…95°C время затвердевания не превышает 8…10 мин.

Для вибродуговой наплавки используют установку ВДГУ-2, разработанную и производимую ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии. Установка содержит инверторный источник тока, пульт управления и вибратор с закрепленным в нем графитовым электродом диаметром 6…10 мм. Между графитовым электродом и упрочняемой поверхностью с нанесенным слоем пасты зажигают электрическую дугу прямого действия обратной полярности, в результате чего на упрочняемой поверхности из компонентов пасты образуется металлокерамическое покрытие. Процесс ведут на следующих режимах: сила тока - 70…75 А, напряжение - 55…60 В, частота вибрации графитового электрода - 90…100 колебаний в секунду. Вибрация графитового электрода позволяет получить более плотное и прочное металлокерамическое покрытие. Одновременно с образованием покрытия при горении электрической дуги происходит легирование упрочняемой поверхности компонентами пасты вследствие термодиссоциации ее компонентов, а также углеродом за счет его диффузии вследствие сублимации графитового электрода. Перемещение графитового электрода по упрочняемой поверхности позволяет упрочнить всю режущую часть. Толщина полученного металлокерамического покрытия составляет 0,7…0,8 мм, глубина упрочнения - 1,5…1,6 мм, твердость - 82…85 HRC.

Затем осуществляют приваривание упрочненной режущей части к восстанавливаемому лемеху сплошным швом с двух сторон без разделки кромок. При этом используют ручную электродуговую сварку и электроды для углеродистых сталей серии УОНИ диаметром 3 мм. Сила тока при сварке составляет 130…140 А. При наложении шва с тыльной стороны следует обращать внимание на то, чтобы он не превышал ширину плоскости крепления. В противном случае будет затруднена установка лемеха на стойке. После этого лицевую часть лемеха затачивают с образованием лезвия под углом 15…25° на обдирочно-шлифовальном станке.

Благодаря тому, что металлокерамическое покрытие, образующееся на упрочняемой режущей части, состоит из относительно мягкой и эластичной стальной матрицы и включенных в ее состав сверхтвердых керамических компонентов, образующихся при горении электрической дуги, восстановленные и упрочненные лемеха плугов имеют высокую твердость и износостойкость. Кроме этого, полученная структура покрытия, а также термодиффузионное насыщение (легирование) упрочняемой режущей части компонентами пасты и углеродом приводят к существенному увеличению долговечности восстановленных и упрочненных лемехов плугов (таблица).

Как видно из таблицы, предлагаемый способ восстановления и упрочнения лемехов плугов позволяет в среднем на 35…55% увеличить их твердость и на 80% - износостойкость. В результате долговечность восстановленных и упрочненных лемехов плугов увеличивается не менее чем в 1,5 раза.