СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО РАБОЧЕГО ОРГАНА

Название	СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО РАБОЧЕГО ОРГАНА
Разработчик (Авторы)	Гурьев Алексей Михайлович, Гурьев Михаил Алексеевич, Гурьева Светлана Адольфовна, Иванов Сергей Геннадьевич, Иванова Татьяна Геннадьевна, Власова Ольга Алексеевна, Иванова Светлана Александровна, Зобнев Виктор Викторович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2582840
Дата регистрации	02.12.2014
Правообладатель	федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ)
Область применения (класс МПК)	C21D 10/00 (2006.01) C23C 24/08 (2006.01) B23K 13/01 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам упрочнения таких стальных изделий, как почвообрабатывающие органы сельскохозяйственных машин, в соответствии с характером их износа, работающих в условиях абразивного изнашивания и при ударных нагрузках, и может быть использовано при производстве упрочненных рабочих органов почвообрабатывающих машин, обладающих повышенным ресурсом работы, в сельхозмашиностроении, строительной и других отраслях промышленности.

Известен способ индукционной наплавки стальной детали, предназначенный для использования, в частности, в сельхозмашиностроении, заключающийся в том, что предварительно поверхность детали насыщают вольфрамом и кобальтом на глубину 0,1-0,3 мм путем электроискрового легирования с использованием наплавочного оборудования, затем на поверхность детали наносят шихту, содержащую твердый сплав ПС-14-80 и флюс при следующем соотношении компонентов, мас.%: твердый сплав ПС-14-80-85, флюс - 15, с толщиной слоя 3 мм. Далее нагревают деталь в индукторе токами высокой частоты на средних режимах с использованием высокочастотного генератора (патент RU 2338625, МПК B22D 19/00, В23К 13/01, В23Н 9/00 (2006.01)).

Недостатками вышеописанного способа являются пониженная стойкость, а именно, износостойкость деталей с наплавленным слоем, полученным по этому способу (см. таблицу, №№ п/п 1, 2), низкая технологичность вследствие использования дополнительной операции насыщения вольфрамом и кобальтом путем электроискрового легирования, повышенные затраты вследствие необходимости применения дорогостоящих вольфрама и кобальта при условии их нанесения путем электроискрового легирования и вследствие необходимости применения дополнительного наплавочного оборудования.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является способ индукционного упрочнения и восстановления деталей, предназначенный для использования, в частности, в машиностроении, включающий нанесение шихты, содержащей карбид бора, фторид натрия, буру, сормайтовую крупку при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид бора 25-35; фторид натрия 1-3, буру 9-12, сормайтовую крупку 50-65, толщиной слоя от 0,5 до 5,0 мм на упрочняемую поверхность детали, нагрев в индукторе токами высокой частоты при удельной мощности 1,5-3,0 кВт на 1 см² поверхности детали с частотой 40-80 кГц в течение 1,5-5 минут до оплавления поверхности нанесенной шихты и образования на поверхности наплавленного слоя стеклообразной шлаковой корочки, охлаждение на воздухе до температуры ниже 200°C (патент RU 2507027, МПК B22D 19/10, В23Р 6/00 (2006.01)).

Основным недостатком вышеописанного способа является пониженная стойкость, а именно, износостойкость изделий, с наплавленным слоем, полученным по этому способу (см. таблицу, №№ п/п 3, 4).

Задачей изобретения является повышение стойкости, а именно, износостойкости деталей с наплавленным слоем, полученных по предложенному способу.

Поставленная задача решается тем, что в способе индукционного упрочнения почвообрабатывающего рабочего органа, включающем нанесение шихты, содержащей сормайтовую крупку, толщиной слоя 0,5-5,0 мм на упрочняемую поверхность, нагрев токами высокой частоты до оплавления поверхности нанесенной шихты и охлаждение, согласно изобретению на упрочняемую поверхность почвообрабатывающего рабочего органа наносят шихту, дополнительно содержащую бориды железа, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нагрев токами высокой частоты производят при удельной мощности 0,8-5,0 кВт на 1 см² поверхности почвообрабатывающего рабочего органа с частотой 1-80 кГц в течение 0,5-5 минут, а охлаждение осуществляют в воде.

Повышение износостойкости изделий, наплавленных посредством предложенного способа, обеспечивается частичным растворением в поверхностном слое наплавляемой детали компонентов шихты с образованием равнопрочной с основным металлом границы сплавления, а также легированием наплавленного материала бором с образованием боридной эвтектики, переходящей в диффузионный боридный слой на поверхности наплавленного материала и имеющей высокую поверхностную твердость и износостойкость. Кроме того, между наплавленным и основным металлом отсутствует оксидная прослойка, снижающая прочность сцепления.

Содержание в шихте сормайтовой крупки в количестве 40-70 мас.% оптимально по причине того, что при содержании сормайтовой крупки меньшем чем 40 мас.% формируется упрочненный слой меньшей толщины, обладающий высокой хрупкостью, что может приводить к самоскалыванию наплавленного покрытия уже в процессе охлаждения. При содержании сормайтовой крупки большем чем 70 мас.%, вследствие меньшего содержания флюса, формирования сплошной стеклообразной корки на наплавляемом покрытии не происходит, что приводит к местному окислению покрытия и угару легирующих элементов.

Содержание в обмазке боридов железа в количестве, составляющем 30-60 мас.%, является оптимальным, так как при содержании боридов железа менее 30% возрастает расход сормайтовой крупки, при содержании боридов железа более 60% возможно прогар насыщающей обмазки, что приводит к браку.

Нагрев токами высокой частоты производят при удельной мощности 0,8-5,0 кВт на 1 см² поверхности почвообрабатывающего рабочего органа с частотой 1-80 кГц является оптимальным, так как вводимая мощность при температуре фазовых превращений пропорциональна частоте. При мощности меньшей чем 0,8 кВт на 1 см², прогрев наплавляемой шихты и поверхности упрочняемого рабочего органа займет длительное время, кроме того, возрастает риск частичного непроплавления шихты. При частоте менее 1 кГц возрастает время нагрева при температурах выше 800°C, в результате чего возможно неполное сплавление наплавляемого покрытия и основного материала изделия, что может привести к последующему отслаиванию упрочненного слоя. При частоте более 80 кГц происходит быстрый нагрев шихты с последующим ее плавлением, тогда как поверхность изделия не успевает прогреется до подплавления, в результате чего происходит «сползание» наплавленного металла. При мощности нагрева более 5,0 кВт на 1 см² происходит быстрый разогрев, в результате чего возможен перегрев как наплавляемого материала, так и поверхности изделия, в результате чего формируется неблагоприятная микроструктура, обладающая низкими показателями стойкости.

Время нагрева токами высокой частоты, составляющее 0,5-5 минут, является оптимальным, так как при времени нагрева менее 0,5 минут не удается обеспечить равномерное расплавление шихты и сваривание ее с основой, а при времени нагрева более 5 минут велик риск пережога как наплавляемого металла, так и поверхности изделия, что чревато наличием неметаллических включений на границе сплавления и слабой адгезией наплавленного слоя к восстанавливаемой поверхности.

Предложенное изобретение поясняется таблицей, в которой приведены результаты испытаний на стойкость культиваторных лап для предпосевной обработки почвы, изготовленных из стали 50 Г.

Способ индукционного упрочнения и восстановления почвообрабатывающего рабочего органа осуществляется следующим образом. Шихту, содержащую сормайтовую крупку и бориды железа при следующем соотношении компонентов, мас.%: сормайтовая крупка 40-70, бориды железа - 30-60, наносят на упрочняемую поверхность почвообрабатывающего рабочего органа слоем от 0,5 до 5,0 мм.

После этого деталь нагревают в индукторе токами высокой частоты при удельной мощности 0,8-5,0 кВт на 1 см² поверхности детали с частотой 1-80 кГц в течение 0,5-5 минут до оплавления поверхности нанесенной шихты и образования на поверхности наплавленного слоя стеклообразной шлаковой корочки. Затем почвообрабатывающий рабочий орган с наплавленным слоем охлаждают в воде и удаляют стеклообразную шлаковую корочку с поверхности наплавленного слоя.

При этом в качестве боридов железа можно использовать смесь моноборида железа и гемиборида железа в соотношении 1:8.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Подвергали упрочнению почвообрабатывающий рабочий орган - культиваторную лапу для предпосевной обработки почвы из стали 50 Г. Предварительно шихту, содержащую сормайтовую крупку и бориды железа (см. таблицу, №№ п/п 5-12), наносили на поверхность наплавляемого почвообрабатывающего рабочего органа слоем толщиной 3 мм, после чего нагревали в индукторе токами высокой частоты при удельной мощности 2,8 кВт на 1 см² поверхности детали с частотой 13 кГц в течение 2 минут до оплавления поверхности нанесенной шихты. После окончания нагрева изделие с наплавленным слоем охлаждали в воде.

При этом на поверхности был получен наплавленный слой толщиной 4,5-5,5 мм со средней микротвердостью 1350 HV, содержащий карбиды и карбобориды железа и хрома с микротвердостью 1600-2200 HV (см. таблицу, №№ п/п 5-12). Износостойкость определяли по обработанной площади почвы.

Также осуществляли процесс упрочнения в соответствии со способом, выбранным в качестве аналога (см. таблицу, №№ п/п 1, 2) и способом, выбранным в качестве прототипа (см. таблицу, №№ п/п 3, 4), которые также испытывали.

Как следует из приведенных в таблице данных, при наплавке деталей шихтой с содержанием компонентов за заявленными пределами стойкость упрочненных изделий снижается и происходит искажение размеров упрочненного изделия, приводящее к браку (см. таблицу, №№ п/п 6), либо к формированию наплавленного слоя с низкими эксплуатационными качествами (см. таблицу № п/п 5). Стойкость, а именно, износостойкость изготовленной в соответствии с предложенным изобретением культиваторной лапы, возросла в среднем в 2,5 раза по сравнению со стойкостью лапы, изготовленной в соответствии с прототипом.

Таким образом, использование предложенного изобретения позволяет увеличить износостойкость почвообрабатывающего рабочего органа, упрочненного в соответствии с предложенным способом. Заявленный способ может быть использован на любом предприятии, имеющем оборудование для термической обработки с применением токов высокой частоты, для производства деталей машин и инструмента, обладающих повышенным по сравнению с серийным ресурсом работы.

Формула изобретения

Способ индукционного упрочнения почвообрабатывающего рабочего органа, включающий нанесение шихты, содержащей сормайтовую крупку, толщиной слоя 0,5-5,0 мм, на упрочняемую поверхность, нагрев токами высокой частоты до оплавления поверхности нанесенной шихты и охлаждение, отличающийся тем, что на упрочняемую поверхность почвообрабатывающего органа наносят шихту, дополнительно содержащую бориды железа, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нагрев токами высокой частоты производят при удельной мощности 0,8-5,0 кВт на 1 см² поверхности детали с частотой 1-80 кГц в течение 0,5-5 минут, а охлаждение осуществляют в воде.

Изобретение "СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО РАБОЧЕГО ОРГАНА" (Гурьев Алексей Михайлович, Гурьев Михаил Алексеевич, Гурьева Светлана Адольфовна, Иванов Сергей Геннадьевич, Иванова Татьяна Геннадьевна, Власова Ольга Алексеевна, Иванова Светлана Александровна, Зобнев Виктор Викторович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога