Повышение долговечности сегментов сенокосилок методом обработки рением

АННОТАЦИЯ

Сегменты сенокосилок, работающих на горных сенокосах, имеют низкую долговечность, в основном они ломаются. Это объясняется тем, что в Республике Армения горные естественные сенокосы каменисты, ухабисты, покрыты кустарниками. Для повышения прочности и износостойкости сегментов, необходимо было разработать новейший метод повышения долговечности сегментов, что даст возможность повысить эксплуатационную надежность и производительность сенокосилок. При этом учитывалось, что в сегментах сенокосилок КСГ-2,1 для изготовления которых применяется сталь 35, после термической обработки в заводских условиях, появляются большие внутренние напряжения, они имеют большую твердость и хрупкость. Такие сегменты успешно работают в условиях ровных, безкаменистых сенокосов. Для обеспечения долговечности сегментов предлагается технология нанесения износостойких покрытий методом  химико-термической обработки порошками солей тугоплавких металлов. В результате проведенных научно-экспериментальных работ выявлено, что покрытие тугоплавкими металлами (рением) сегментов методами термохимической обработки является научно-техническим достижением, направленным на развитие сельскохозяйственного машиностроения. Он в корне отличается от традиционных методов термодиффузионной обработки деталей и инструментов, применяемых в настоящее время.

Производственные испытания подтвердили, что вышеупомянутый термохимический метод покрытия рением повышает долговечность сегментов, работающих в тяжелых условиях горных естественных сенокосов.

ABSTRACT

The segments of grass mowing machines have low durability, they mostly break. This is explained by the fact that in the Republic of Armenia, mountainous natural hayfields are stony, bumpy, covered with shrubs. In order to increase the strength and wear resistance of the segments, it was necessary to develop a new method for increasing the durability of the segments, which would make it possible to increase the operational reliability and productivity of mowing machines. It was taken into account that in segments of mowers KSG-2,1 for the manufacture of which steel 35 is used, after heat treatment in the factory, large internal stresses appear, they have greater hardness and brittleness. Such segments successfully operate in the conditions of even in hayfields without stone. To ensure the durability of the segments, a technology is proposed for applying wear-resistant coatings by the method of chemical-thermal treatment with powders of salts of refractory metals. The results of the experimental researches revealed that plating segments with refractory metals (rhenium) by methods of thermochemical processing is a scientific and technical achievement, which aimed to develop agricultural engineering. It is fundamentally different from the traditional methods of thermal diffusion machining of parts and tools currently used. Production tests have confirmed that the above-mentioned thermochemical method of coating with rhenium increases the durability of the segments operating in the difficult conditions of natural mountain hayfields.

Ключевые слова: косилка, сегмент, сенокос, прочность химикотермический, рений.

Keywords: grass mowing machine, segment, landscape, thermochemical, renium.

Постановка проблемы. В Республике Армения горные естественные сенокосы каменисты, ухабисты, покрыты кустарниками, поэтому надежность эксплуатации и производительность сеноуборочных машин низкая [2, 8].

Наиболее часто из строя выходят сегменты, пальцы, ножи режущего аппарата, пальцевые брусы и другие детали. В течении 24 рабочих дней эксплуатации 3-х сенокосилок марки КСГ-2,1 57%-ов неисправностей происходило из-за сегментов, на устранение неисправностей потребовалось 45 часов, неисправности пальцев составили 23%, время устранения 43 часа, ножей режущего аппарата соответственно 18% и 34 часа и т.д.

Из перечисленных деталей только сломанные сегменты не восстановливаются, остальные ремонтопригодны. Необходимо было разработать методы повышения прочности и износостойкости сегментов.

Анализ последних исследований и публикаций. Вопросы, связанные с повышением долговечности сегментов сенокосилок рассматривались в работах А.Ж. Галстяна [1]. Целью данной работы являлась: улучшение физико-механических свойств сплавов и повышение износостойкости сегментов путем химико-термической обработки. Однако, прочность сегментов осталось прежним.

Наши исследования [3, 5, 6, 9, 11] показали, что долговечность сегментов можно увеличить с помощью новейших технологий: методом термохимической и термодиффузионной обработки сегментов солями рения в заводских условиях, что позволит увеличить прочность лезвий сегментов, сделать их износостойкими, одновременно обеспечивая  необходимую пластичность [4]. В итоге повысится долговечность сегментов, и соответсвенно эксплуатационные показатели и производительность сенокосилок.

Формулировка целей статьи. Цель настоящей статьи заключается в следующем: разработать новейший метод повышения долговечности (прочности и износостойкости) сегментов сенокосилок, работающих в горных сенокосах.

Изложение основного материала. Сегменты сенокосилок КСГ-2,1 изготовляются из листовой стали марки 35 методом штамповки [1].

Из проведенных научно-исследовательских работ выяснилось, что прочность листовой стали марки 35 колеблется в пределах 270-320HB [7, 10] вместо предусмотренной для сегментов прочности 150-200HB. Поэтому после закалки сегментов в заводских условиях появляются большие внутренние  напряжения, большая твердость и хрупкость. Такие сегменты успешно работают в условиях ровных, безкаменистых однолетних и многолетних сенокосов, свободных от кустарников, сорняков, ухабов и кочек. В таких условиях у сегментов почти не наблюдаются никаких поломок. В этом случае большая твердость способствует износостойкости сегментов и повышению долговечности. Но в горных условиях, при наличии неровных каменистых ухабистых почв, покрытых кустарниками, сорняками и кочками долговечность сегментов с большой твердостью очень низкая. Сегменты не успевают изнашиваться, ломаются и заменяются новыми.

Получается, что в нормальных условиях однолетних и многолетних сенокосов необходимо использовать заводские сегменты сенокосилок, а в условиях  горных каменистых сенокосов – необходимо увеличить долговечность сегментов.

На рис. 1 показан общий вид сломанного сегмента.

Рисунок 1. Общий вид сломанного сегмента

На рис. 2 представлена схема технологической линии термохимической обработки сегментов рением. Она работает в следующей последовательности.

Рисунок 2. Технологическая линия термохимической обработки сегментов рением:

1. выбор сегментов, подлежащих обработке, 2. обезжировка, чистка, проверка сегментов, 3. сушка образцов в электрической печи, 4. нагрев в водородной среде и покрытие рением, 5. обжиг образцов  в электрической печи, 6.  температурный график трубчатой печи: а) зона нагрева, б) зона покрытия рением  в водородной среде, в) зона охлаждения (6).

Первой операцией выбираются подлежащие обработке сегменты (1). Необходимо быть внимательным, чтобы на сегментах не было трещин и повреждений. Затем производят обезжировку сегментов с помощью химических и органических растворов (2) и их мойку теплой водой. Сушку чистых сегментов проводят в электрической печи при температуре 90-100⁰ С в течении 60 минут (3). Обработку сегментов производят раствором рениевой соли (NH₄ReO₄) в водородной среде трубчатой печи, при температуре 800⁰С (4). Сегменты обжигаются в электрической печи при температуре 300-350⁰ С в течении 60 минут (5). Трубчатая печь имеет 3 зоны термообработки: а) нагрева, б) покрытия рением и в) охлаждения (6). В технологической линии термохимической обработки покрытия сегментов рением показано, что изменяя  время режимов тепловых зон, особенно при охлаждении, возможно регулирование прочности и пластичности сегментов.

Насколько высока температура печи, настолько быстрее происходит диффузия. С другой стороны глубина слоя диффузии зависит также от времени. При увеличении времени глубина износостойкого слоя сначала увеличивается, а затем начинает понижаться. В результате термохимической обработки сегментов получается покрытый рением поверхностный износостойкий слой, а эмульсия сжигается, не повреждая слой рения.

В процессе термохимической обработки на поверхности сегментов совместно с рением организуется совершенно новый многоэлементный слой, появляются новые фазы, в т.ч. Re₃W, Re₃WC, Re, C₀₆W₆C, C₀₇W₆, которые способствуют получению достаточной твердости, прочности и пластичности. В результате снижаются неисправности, связанные с поломкой и износом сегментов, и как следствие простой косилок и материальные расходы.

На рис. 3 показана поверхностная структура сегментов до термохимической обработки (а) и после термохимической обработки рением (б).

Рисунок 3. Поверхностная структура сегментов: а) до обработки, б) после термохимической обработки рением.

Выводы из данного исследования и перспективы дальнейших исследований в данном направлении.

Согласно полученным результатам, проведенных научно-исследо­ва­тельских работ, толщина слоя рения на поверхности сегментов составила 20-25мкм, в зависимости от величины температуры и времени. После поверхностного слоя получили износостойкий диффузионный слой толщиной 55-65мкм, который внедрился в толщину металла, постепенно уменьшаясь, в зависимости от глубины.

Во время проведения производственных испытаний 3-х сенокосилок, на каждой, в различных местах ножей режущего аппарата, были установлены по 7 сегментов,  обработанных вышеупомянутым термохимическим методом покрытия рением. В течении 14 рабочих дней наблюдения работы 3-х сенокосилок в горных условиях естественных сенокосов выявилось, что износа сегментов почти не было, деформировалось 6 и сломалось 2 сегментов. В общем были получены удовлетворительные результаты.

Таким образом в нормальных условиях однолетних и многолетних сенокосов необходимо использовать заводские сегменты сенокосилок, а в условиях  горных каменистых сенокосов – необходимо увеличить долговечность сегментов.

Экономически целесообразно для работы в горных условиях использовать сенокосилки с сегментами, покрытыми рением. Исследования продолжаются.

Список литературы:
1. Галстян А.Ж. Усовершенствование технологии методом химико-термической обработки твердых сплавов и деталей, оптимизация параметров процесса // Диссертация к.т.н.- Ер., 2000.- 150 с.
2. Маркарян С.Е., Акопян О.Т., Айрапетян Д.Т. Результаты эксперементальных исследований по выбору и эффективной эксплуатации сеноуборочных машин в горных условиях //Альманах современной науки и образования, номер 2, Тамбов, 2015.-С. 80-83.
3. Маркарян С.Е., Овсепян Г.С., Симонян А.Р. Повышение качественных характеристик пальца сенокосилки путем термохимической обработки. UNIVERSUM // Технические науки.- М., 2018, выпуск: 12(57).- С. 29-32.
4. Овсепян Г.С., Карапетян Г.К. Механические свойства и структура рения. -Ер.: Чартарапет, 2009. – С. 112.
5. Овсепян Н.Г., Варданян С.В., Карапетян К.Г. Возможные варианты диффузии при термохимической обработке металлов. // Вестник НАН РА и ГИУА, серия технических наук, Ереван-2012, т.65, № 2, стр.153-158.
6. Овсепян Г.С., Чудина О.В., Овсепян Н. Г. Повышение износостойкости протяжных инструментов. Журнал "Материаловедание", Москва , N 12.. - 2013.- С 27-3
7. Сорокин В.Г., Вопосникова А.В. и др. Справочник сталей и сплавов. -М.:Машиностроение, 1989. - 640 с.
8. Тарвердян А.П., Акопян О.Т., Айрапетян Д.Т. Технико технологические основы повышения эксплуатационной надежности сеноуборочных машин// Известия НАУА, №4, Ер., 2013. С. 95-101.
9. Хамидов О.Х., Тыллина М.А., Савицкий Е.М. Структура и свойства соединений рения.-В кн. Рений в новой технике.–М.; Наука,1970.- С. 41-45.
10. Марочник сталей и сплавов / В.Г.Сорокин, А.В.Волосвикова и др.: Под общ. ред. В.Г.Сорокина. –М., Машиностроение, 1989. - 640 с.
11. Hovsepyan G.S., Petrosyan D.P., Poghosyan G.E., Hovhannisyan V.A., Karapetyan G.A. The analysis of mechanism of rhenium-coated tools wear-resistance rising.-Tbilisi, 2017.-V 15, №2. -page 184-186.