ИЗНОСОСТОЙКОЕ И БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ НА БЕГОВОЙ ДОРОЖКЕ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ

АННОТАЦИЯ

В настоящей статье исследована технология создания биметаллического соединения сталь 20ГЛ – твердый сплав системы Fe-Cr-С, формирующегося в процессе получения отливки путем проплавления твердосплавного порошка сплава ПГ-С27 за счет тепла кристаллизующегося расплава. Предлагается метод нанесения порошкообразного твердого сплава на литейную форму. Разработана технология изготовления вставок из твердосплавного порошка на пескострельной машине с помощью специально спроектированного и изготовленного ящика. Исследованы химический состав и микротвердости твердосплавного покрытия. Микротвердость твердосплавного покрытия изменяется в пределах от 1000 до 1500 HV. Также проведён послойный фазовый анализ. Полученное биметаллическое соединение на рабочих поверхности гусеничного движителя позволяет повысить абразивной износостойкость.

ABSTRACT

In this article, the technology of obtaining a bimetallic compound steel 20GL – a hard alloy of the Fe-Cr-C system, formed during the casting process by melting the carbide powder of the PG-C27 alloy due to the heat of the crystallizing melt, is investigated. A method for applying a powdered hard alloy to a casting mold is proposed. A technology has been developed for manufacturing inserts from carbide powder on a sandblasting machine using a specially designed and manufactured box. The chemical composition and microhardness of the carbide coating are investigated. The microhardness of the carbide coating varies from 1000 to 1500 HV. A layered phase analysis was also performed. The resulting bimetallic compound on the working surfaces of the  crawler mover makes it possible to increase the abrasive wear resistance.

Ключевые слова: строительно-дорожные машины, Сельскохозяйственные машины, Абразивный износ, Гусеничные движители, Беговая дорожка, Биметаллическая покрытия, Твердый сплав типа «сормайт», Кристаллизация, Исследование, Микроструктура, Микротвердость.

Keywords: road construction machines, Agricultural machines, Abrasive wear, Crawler thrusters, Treadmill, Bimetallic coatings, Sormite type hard alloy, Crystallization, Research, Microstructure, Microhardness.

Введение. Конкурентоспособность современных строительно-дорожных и сельскохозяйственных машин во многом зависит от производительности и надежности используемого деталей, узлов и механизмов. Эффективность того или иного деталей или узлов во многом зависит от технологических перерывов, которые в наибольшей степени связаны с износом. К основным проблемам, возникающим перед хозяйственными предприятиями в процессе эксплуатации, относятся: малый ресурс деталей, узлов и механизмов, большие простои строительно-дорожных и сельскохозяйственных машин, связанные с плановым и аварийным их ремонтом, уменьшение производительности машин и агрегатов, повышенной расход запасных частей. Которой приводит к снижению технико-экономических показателей хозяйственных предприятий и вследствие этого повышает стоимость оказываемой услуги (т.е. разработка грунта или выполнение той или иной строительно-дорожных работ).

Долговечность строительно-дорожных и сельскохозяйственных машин зависит от ресурса деталей и узлов, входящих в него. Детали и узлы, подвергающиеся интенсивному износу, как правило, имеют короткий срок эксплуатации, что значительно снижает общий ресурс машин и приводит к плановым остановкам. Различными предприятиями строительно-дорожного и сельского хозяйства ежегодно расходуются сотни тысяч тонн металла на замены запасных частей: деталей землеройных машин, рабочих органов строительно-дорожных, почвообрабатывающих машин и других деталей. При этом затрачивается огромное количество труда, увеличиваются простои, уменьшается производительность машин и агрегатов. Поэтому повышение износостойкости и долговечности машин и механизмов – важная задача науки и производства, особенно в нынешних условиях, когда хозяйственный субъект для сохранения высокой эффективности вынуждены использовать современное оборудование. С другой стороны, использование высокопроизводительное оборудование требует большие затраты как в плане капитальных, так и эксплуатационных.

Метод: Одной из основных проблем, связанных с недостаточным сроком службы деталей сельско-хозяйственных и строительно-дорожных машин, является абразивный износ комплектующих частей [1]. Его последствия могут быть как прямо, так и косвенно связаны с остановкой машины. Например, при эксплуатации экскаваторов и бульдозеров износ прямо влияет на снижение производительности этих машин за счет интенсивного износа и изменения формы деталей.

Установлено несколько факторов, непосредственно влияющих на степень абразивного износа [1]:

– скорость соударения;

– угол атаки;

– размер абразивных частиц;

– содержание влаги в почве;

– твердые включения;

– концентрация абразивных частиц;

– соотношение твердости абразивных частиц и рабочей части детали.

Интенсивность изнашивания деталей гусеничных ходовых устройств при работе экскаватора с включёнными тормозными устройствами и одновременно разработка грунта в 1,4 раза больше, чем при движении экскаватора. Указанное показывает, что условия работы деталей при этом режиме являются основными, тем более, что при выполнении работы затрачивается 90% рабочего времени, а на передвижение 10% [2].

Температурные условия работы сельско-хозяйственных и строительно-дорожных машин  в Республике Узбекистан колеблются в больших пределах от +45 - +55 ^оС в южных районах летом, до -30 ^оС зимой, лето сухое, жаркое, без осадков. Проведённые исследования на работающих машинах показали, что температура отдельных узлов и деталей могут достигать 85-90 ^оС [3].

При детальном исследовании изношенных звеньев гусеничных движителей экскаваторов изготовленной из стали 20ГЛ установлено следующее:

- за 1000 часов работы экскаватора износ беговой дорожки звеньев гусеничного движителя более 5 мм.

- износ на рабочей поверхности звеньев гусеничного движителя распределена неравномерна, т.е. середина беговой дорожки более изношена и пластически деформирована, чем у гребешка и края.

Для обеспечения оптимального срока службы гусеничного движителя ходовой части экскаватора износостойкость должна быть повышена в пределах 3,0-5,0 раз.

Для разработки технических решений с целью повышения стойкости к абразивному износу звеньев гусеничных движителей экскаваторов, работающих на сельском хозяйстве и ирригационных систем, нами предлагается создание износостойкого покрытия на рабочих поверхностях гусеничного движителя экскаватора на основе порошкообразного твердого сплава системы Fe-Cr-C типа “сормайт” ПГ-С27 (ГОСТ 21448-75). Износостойкое покрытие создается непосредственно при получении отливок [4, 5, 6].

Для этого было исследовано два варианта нанесения порошкообразного твердого сплава на форму:

нанесение беговой дорожки формы порошкообразным твердым сплавом типа “сормайт” кистью или шпателем;

размещение заранее изготовленной вставки изготовленной из порошкообразного “сормайта” непосредственно на литейной модели гусеничного движителя, в зоне беговой дорожки (рис. 1.) с последующим заформовыванием в песчано-глинистой форме.

Рисунок 1. Размещение твердосплавной вставки на литейной модели звена

1-литейная модель; 2-твердосплавная вставка

Проведенные исследования показали, что второй вариант нанесения порошкообразного твердого сплава на форму имеет несколько преимуществ:

во-первых, процесс изготовление вставок из порошкообразного «сормайта» можно автоматизировать;

во-вторых, операция простановки вставки гарантирует получение качественной биметаллической отливки.

Поэтому в дальнейших исследованиях за основу брался второй вариант - получения биметаллических отливок.

Технология изготовления вставок включают в себе следующие операции: приготовление плактрованной смеси и изготовление вставок способом «по горячим ящикам».

Плакирование порошкообразного твердого сплава марки ПГ-С27 ГОСТ 21448-75 осуществовалась в лопастном смесителе.

В качестве плакирующих добавок вводились фенольная порошкообразная связующая смола типа СФ-011Л ОСТ 6-11-441-78 в количестве 3-5%.

По итогам проведенных экспериментов установлена наилучший способ «горячего» плакирования, который производился при температуре смешивания 130-140 С и требовал минимального количества связующего.

Изготовление вставок осуществлялось на пескострельной машине с помощью специально спроектированного и изготовленного «горячего» ящика (рис. 2.).

Рисунок 2. Схема конструкции горячего ящика для изготовления твердосплавной вставки толщиной 1,8-2,2 мм.

Простановка готовых твердосплавных вставок в форму производилось с помощью фиксаторов, путем установки их литейную модель с последующей засыпкой формовочным составом. Смещение вставок в процессе уплотнения формы предотвращалось двумя фиксаторами диаметром 1,5 мм, установленных по габаритам вставки высотой 2,0 мм над уровнем поверхности модели.

а) в открытом положении, 1- крышка, 2- вентиляционные каналы, 3- корпус ящика, 4- нагреватель, 5- термопара, 6- крючок;

б) в рабочем положении.

Исследование показали, что нижнее расположение вставок в форме удобно с позиции размещения вставок в процессе сборки опок и при заливке расплава. Однако при этом в покрытии образуются газовые поры из-за трудности удаления газов. Поэтому в дальнейшем использовалось только верхнее расположение вставок в формы, кроме того оказалось, что вставки в форме достаточно прочно фиксировались.

В процессе заливки жидкой стали 20ГЛ (ГОСТ 977-88) в форму, происходило взаимодействие между затвердующейся основой отливки и твердосплавной композиции ПГ-С27 типа «сормайт» [7, 8]. В результате твердосплавная композиция ПГ-С27 типа «сормайт» претерпевает следующие стадии:

-расплавление твердосплавного порошка за счет теплоты выделяющегося от кристаллизующего металла;

-затвердевание твердого сплава, которая образуется между песчано-глинистой формой, и уже затвердевшей стальной отливки.

Результаты: Химический состав твердосплавного покрытия исследован с помощью микрорентгеноспектрального анализа по железу и хрому, а по углероду с помощью вторичной масс-ионной спектрометрии на установке ВМИС, результаты которого представлена на рис. 3.

Исследования микротвердости по поперечному сечению покрытий показал, (рис. 4.), что микротвердость твердосплавного покрытия изменяется в пределах от 1000 до 1500 HV. Максимальная значения твердости приходится на поверхностную зону, минимальная на зону соединения покрытия с основой. Снижение микротвердости покрытия происходит плавно, при переходе к основе наблюдается резкий перепад микротвердости.

Рисунок 3. Распределение химических элементов по поперечному сечению биметаллической композиции сплав ПГ-С27 – сталь 20ГЛ

Рисунок 4. Распределение микротвердости HV по поперечному сечению δ твердосплавного покрытия ПГ-С27 типа «сормайт»

Проведён послойный фазовый анализ на рентгеновском аппарате ДРОН-2,0 на железном Fek_α излучении с шагом 0,5 мм. Результаты послойного фазового анализа приведены на таблице 1.

Таблица 1.

Распределение фаз по поперечному сечению твердосплавного композиция ПГ-С27 –сталь 20ГЛ

Вывод: таким образом, разработана технология получения биметаллического соединения сталь 20ГЛ – твердый сплав системы Fe-Cr-С, которая формируются в процессе получения отливки путем проплавления порошка сплава ПГ-С27 за счет тепла кристаллизующегося расплава. Созданное биметаллическое соединение на рабочих поверхности гусеничного движителя, работающих в условиях интенсивного абразивного износа позволяет повысить износостойкость и срок их службы.

Список литературы:

1. Бекмурзаев Н.Х., Турсунов Н.K., Норхуджаев Ф.Р., Алимухамедов Ш.П. Повышение износостойкости и долговечности литых деталей ходовой части экскаватора, Монография. – Ташкент, Издательство “Транспорт”, 2023. 130 с.
2. Bekmurzaev N.X., Norkhudjaev F.R., Alimukhamedov SH.P. Development of the optimal composition of the alloying mixture for surface boration of cast parts // ACADEMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal ISSN: 2249-7137 Vol. 12, Issue 05, May 2022 SJIF 2022 = 8.252,  A peer reviewed journal.
3. ГОСТ 977 – 88. Межгосударственный стандарт. Отливки стальные. Общие технические условия. ИПК Издательство стандартов, М.: 2004. 35 с.
4. Икрамов У. А. Расчетные методы оценки абразивного износа. -М.: Машиностроение, 1987.- 281 с.
5. Nazari J., Yousefi M., Amiri Kerahroodi M.S., Bahrololoumi Mofrad N.S., Alavi Abhari S.H. Production of Copper-Aluminum Bimetal by Using Centrifugal Casting and Evaluation of Metal Interface // International Journal of Materials Lifetime. – 2015. – Vol. 1. – № 1. – P. 20–28.
6. Рейш А. К. Повышение износостойкости строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1986.-181с.
7. Сиротенко Л.Д., Шлыков Е.С., Абляз Т.Р. Применение биметаллических материалов в машиностроении // (Эл. журнал) Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2. – ч. 1.
8. Ширяев В.В., Пеликан О.А., Шинский И.О., Глушков Д.В., Романенко Ю.Н. Технологические особенности производства биметаллических (многослойных) отливок повышенной износостойкости // Металл и литье Украины. – 2009. – № 7-8. – C. 52–56.