top of page
​

УДК

in process

DOI

in process

Используйте это описание для цитирования: 

Cite this article as:

Кинякин, Т. В. Способы и материалы нанесения износостойких покрытий на детали сельскохозяйственных машин / Т. В. Кинякин // Управление рисками в АПК. – 2016. – № 6. – С. 43-52.

Kinyakin TV (2016) Methods and hardfacing materials on parts of agricultural machines. Agricultural Risk Management 6:43-52.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ | TECHNICAL SCIENCES
Кинякин Т.В.

Способы и материалы нанесения износостойких покрытий на детали сельскохозяйственных машин

Кинякин Тимофей Васильевич – магистрант, кафедра инженерной и компьютерной графики, факультет технического сервиса в АПК, РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, Москва, Россия
E-mail: kinyakin.tima@yandex.ru

Аннотация

В статье рассматривается вопрос о способах и материалах для нанесения износостойких покрытий на детали сельскохозяйственной техники. Восстановление изношенных деталей является важнейшим резервом повышения эффективности использования сельскохозяйственных машин, экономии материалов, энергии и затрат труда.

Ключевые слова

Износостойкие покрытия; сельскохозяйственные машины; плазменная наплавка; качество; эффективность.

Kinyakin T.V.

Methods and hardfacing materials on parts of agricultural machines

Timofey V. Kinyakin – undergraduate, Department of Engineering and Computer Graphics, Faculty "Technical service in agriculture", RSAU-MAA named after K.A. Timiryazev, Moscow, Russia.
E-mail: kinyakin.tima@yandex.ru

Annotation

The article discusses the methods and materials for hardfacing on parts of agricultural machinery. Worn parts restoration is an essential reserve of increase of efficiency of use of agricultural machines, saving materials, energy and labor costs.

Keywords

Wear-resistant coating; аgreecultural machines. аgreecultural equipment; plasma welding; quality; efficiency.

Текст статьи

Снижение численности парка сельскохозяйственных машин привело к повышению интенсивности его использования, сохраняется тенденция старения машин, что требует повышенных затрат на поддержание их в работоспособном состоянии.

Анализ работы ремонтных предприятий и опыт организации технического обеспечения в них позволили наметить основные пути повышения эффективного использования парка сельскохозяйственных машин: организация технически правильной эксплуатации и ремонта в строгом соответствии с регламентами и требованиями нормативно-технической документации; устранение неплановых простоев машин за счет строгого учета и обоснованного их использования на производстве; улучшение качества ТО и ремонта машин, а также обеспечение оперативного и надлежащего снабжения запасными частями; повышение уровня профессиональной подготовки и квалификации специалистов различных технических направлений [1,2,6].

Результаты комплексного анализа говорят о том, что основной причиной недостаточности или несвоевременности снабжения запасными частями является отсутствие участков восстановления изношенных деталей как важного направления ресурсосбережения.

Важнейшим резервом повышения эффективности использования сельскохозяйственных машин, экономии материалов, энергии и затрат труда является восстановление изношенных деталей.

Вместе с тем применяемые в настоящее время технологии не удовлетворяют современным требованиям по надежности. Очевидное несоответствие между реальной потребностью в восстановленных деталях и сократившимися производственными возможностями позволяет считать основной проблемой – выбор технических и технологических приоритетов, где при сравнительно небольших затратах можно совершить прорыв, существенно значимый для ремонтного производства [1,3].

Укрупненная классификация технологических способов, применяемых для упрочнения и восстановления деталей, представлена на рисунке 1.

Практика показывает, что наиболее широко для нанесения износостойких покрытий на детали сельскохозяйственных машин используются способы газовой, ручной электродуговой, автоматической электродуговой под флюсом и плазменной наплавки. Так, при наплавке ручным электродуговым способом с присадочным материалом «Сормайт-2» удается увеличить средний ресурс деталей на 20…22 %. Однако, как показывает анализ, 65 % выхода деталей из строя обусловлено отколом по наплавленному металлу или по линии сплавления. При газовой наплавке хрупкое разрушение отмечено для 60 % восстанавливаемых деталей [4].
Плазменная наплавка по традиционному методу также дает относительно высокий процент хрупкого разрушения (около 60 %), причем преобладают отколы по линии сплавления.


Рисунок 1 – Классификация технологических способов, применяемых при восстановлении и упрочнении деталей сельскохозяйственной техники

При традиционных способах наплавки распространенным дефектом является откол по линии сплавления, а также, при эксплуатации наплавленных деталей зарождаются трещины усталости. Это вызвано хрупкостью промежуточных прослоек переменного состава, образующихся при подплавлении основного металла и перемешивании его с наплавленным металлом. Сложная система легирования и высокое содержание элементов в присадке и основном металле повышают вероятность образования хрупких прослоек. При подплавлении основного металла наблюдается также нестабильность химического состава в наплавленном слое, а также ухудшение его эксплуатационных свойств [4,5].

Как показали результаты анализа металлографических исследований, при наплавке на сталь Л65 ручным дуговым, газопламенным и плазменным способами вдоль линии сплавления образуется сплошная хрупкая прослойка шириной 80... 100 мкм. Судя по её высокой твердости (8000...9000 МПа), прослойка имеет интерметаллидный характер. В верхнем слое стали Л65, прилегающем к линии сплавления, наблюдается распад аустенита с образованием мартенситных игл. Следует отметить, что при этом снижается травимость основного металла у линии оплавления.

Подведя итог вышеизложенного анализа и современного состояния технологий нанесения покрытий на детали сельскохозяйственных машин, работающих в условиях интенсивного износа, можно сказать, что наиболее эффективным является способ плазменной наплавки с подачей присадочного материала в виде гранулируемого порошка в режиме пайко-сварки. При этом тонкие слои до 1 мм можно наносить с помощью плазменного напыления, но с обязательным последующим оплавлением.

Ведение этих способов требует применения тщательной защиты. Данный процесс целесообразно осуществлять в среде аргона.

Выбор высоколегированных порошковых твердых сплавов объясняется не только их высокой износостойкостью, но и особыми свойствами, характерными для дисперсных частиц. По сравнению с монолитными проволоками их температура плавления ниже, они имеют более высокую удельную поверхность, что способствует увеличению химической активности протекания реакций в жидкой ванне. Использование порошкового присадочного материала позволяет составить множество композиций присадочного материала [4].

При наплавке следует уделить особое внимание измельчению карбидов, поскольку здесь скрыты резервы повышения износостойкости наплавленного «Сормайта-2». Перемешивание жидкого металла сопровождается и другими положительными эффектами: интенсификацией удаления газов и включений, устранением химической неоднородности, уменьшением толщины прослойки переменного состава при наплавке [1].

Однако, наложение переменного магнитного поля интенсифицирует пространственную неустойчивость плазменной дуги. Также можно указать то, что эффект измельчения структуры может достигаться не только наложением переменного поля или вибрацией изделия, а также реверсивным перемещением плазмотрона и модуляцией тока. Во всех случаях более дисперсная структура получается за счет периодических изменений градиента температуры в жидкой ванне.

Следует также иметь ввиду, что применение аргонопорошковой смеси позволяет получать высокое качество слоев, наплавленных сплавами как на железной, так и никелевой основе. Плазменная наплавка в СО2 порошковыми сплавами на основе железа типа «Сормайт», несмотря на присутствие в их составе достаточного количества раскислителей (Мn, Si), положительных результатов не дает (неравномерное деформирование слоя, отдельные поры и значительный перегрев детали).

Добавление к «Сормайту» 6% Al способствует устранению пор, уменьшению жидкотекучести и улучшению формирования слоев [3,4].

При плазменной порошковой наплавке твердыми сплавами на железной основе получение слоев толщиной свыше 1,4 мм, как правило, сопровождается возникновением холодных трещин. Для предупреждения образования трещин необходимо принимать следующие меры:

1. Подогрев наплавляемых изделий, назначение которого уменьшить возможность закаливания стали, особенно в зоне термического воздействия. Причем важен подогрев тем же источником теплоты, который применяется для наплавки. Для этого необходимо подобрать режимы и изыскать такие приемы, которые обеспечили бы снижение скорости охлаждения до пределов, исключающих полностью или частично превращение аустенита в мартенсит и гарантирующих отсутствие трещин.
При плазменной наплавке с колебаниями слоев шириной до 30 мм удается избежать трещин за счет понижения погонной энергии и улучшения условий кристаллизации. Для предотвращения появления трещин целесообразно, особенно вначале, наносить тонкие слои толщиной до 0,5-0,8 мм с одновременными колебаниями с амплитудой, не превышающей 12 мм.
2. Добавление к твердым порошковым сплавам на железной основе порошкового алюминия, способствующего росту скорости кристаллизации и изменению зерна, уменьшает возможность появления трещин.
3. Уменьшение коэффициента линейного расширения путем добавления в порошковые твердые сплавы на железной основе порошковых хромоникелевых сплавов. Например, композиция состава 78% ПГ-С1 + 18% ПГ-СР4 + 4% Al позволяет наплавлять слои толщиной до 3 мм и шириной до 65 мм за один проход без пор и трещин. Это объясняется тем, что никель занимает особое место по своему влиянию на коэффициент линейного расширения сплава, в который он добавляется в соответствующем количестве.
4. Уменьшение содержания углерода в наплавочном сплаве путем смешивания высокоуглеродистых порошковых сплавов с низкоуглеродистыми сплавами до предела, гарантирующего наплавку толстых слоев без трещин. В данном случае несколько уменьшается износостойкость, но значительно повышается пластичность, что крайне важно для деталей, работающих в условиях знакопеременных нагрузок.

Повысить эффективность процесса наплавки, проводимого в режиме пайко-сварки, можно путем подачи одновременно проволоки и порошка. Важным преимуществом комбинированного способа наплавки является возможность расширения диапазона регулирования состава наплавленного металла, и получение слоев с требуемыми свойствами. Например, качественные покрытия могут быть получены при наплавке проволоками Нп-ЗОХГСА, Цп-65Г и другими в следующих газопорошковых защитных средах:
аргон + твердый сплав на железной основе (ПГ-С1, ПГ-ФБХ6-2, ПГ-УС25 + 2% Al);
азот + твердый сплав на железной основе (ПГ-С1, ПГ-ФБХ6-2, ПГ-УС25 + 6-8% Al).

При этом уже небольшие добавки к наплавочной проволоке порошка позволяет значительно улучшить качество наплавки, что выражается в хорошем формировании слоев и уменьшении глубины проплавления. Износостойкость наплавочных слоев различными композициями в 1,5-3 раза выше износостойкости слоев, выполненных износостойкими проволоками сплошного сечения.

При наплавке комбинированным способом производительность способа по сравнению с наплавкой проволокой при одном и том же токе возрастает на 15-20% и достигает до 7,5 кг/ч, главным образом за счет более эффективного использования теплоты, идущей на перегрев изделия и уходящей в окружающую среду. Комбинированный способ открывает новые возможности совершенствования технологии наплавки различными материалами, в том числе труднонаплавляемыми [1,7].

Таким образом, можно сказать, что среди технологических процессов восстановления рабочих органов сельскохозяйственных машин заслуживают внимания плазменные методы нанесения покрытий, позволяющие значительно повысить износостойкость восстановленных деталей.

Повышение интереса в нашей стране и за рубежом к плазменным методам нанесения покрытий с целью упрочнения новых и восстановления изношенных деталей объясняется тем, что работающие в соединениях детали машин подвергаются, как правило, знакопеременным нагрузкам и быстро выходят из строя по причине усталости.

Для увеличения срока службы необходимо наносить износостойкие покрытия на поверхность таких деталей с учетом их условий работы, вида изнашивания, и обеспечить высокую прочность сцепления нанесенного покрытия с основным металлом. При этом плазменными методами можно наносить не только дорогие сплавы на основе никеля, хрома и кобальта, но и дешевые – на основе железа.

Достоинством плазменных методов является их пригодность к автоматизации с применением электронной системы регулирования процесса.

Источники:

1. Кравченко И.Н., Пузряков А.Ф., Бобряшов Е.М., Пузряков А.А. Плазменные методы упрочнения и восстановления рабочих органов дорожно-строительных и почвообрабатывающих машин: монография // М., 2013. 328 с.
2. Дорохов, А.С., Корнеев В.М., Катаев Ю.В. Технический сервис в системе инженерно-технического обеспечения АПК // Сельский механизатор. 2016. № 8. С. 2-5.
3. Кравченко И.Н., Пузряков А.А., Катаев Ю.В., Пупавцев И.Е., Гречко Д.Г. Применение плазменно-напыленных ферроокислов для поршневых колец автотракторных двигателей // Труды ГОСНИТИ. Т. 122. М., 2016. С. 188-193.
4. Кравченко И.Н., Бондарева Г.И., Гладков В.Ю., Панкратова Е.В., Глинский М.А. Исследование напряженно-деформированного состояния наплавленных покрытий деталей, восстановленных плазменными методами // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2011. № 6. С. 2-8.
5. Голубев И.Г. Восстановление рабочих органов сельскохозяйственных машин // Техника и оборудование для села. 1998. № 3. С. 39-42.
6. Ерохин М.Н., Леонов О.А. Особенности обеспечения качества ремонта сельскохозяйственной техники на современном этапе // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ имени В.П. Горячкина. 2005. 1(11). С. 9-12.
7. Кравченко И.Н., Корнеев В.М., Катаев Ю.В., Чеха Т.А. Система автоматизированного контроля управлением техническим состоянием машин и оборудования // Сельский механизатор. 2016. № 9. С. 22-23.

References:

1. Kravchenko I.N., Puzryakov A.F., Bobryashov Ye.M., Puzryakov A.A. Plazmennyye metody uprochneniya i vosstanovleniya rabochikh organov dorozhno-stroitel'nykh i pochvoobrabatyvayushchikh mashin: monografiya. Moscow, 2013. 328 p.
2. Dorokhov, A.S., Korneyev V.M., Katayev YU.V. Tekhnicheskiy servis v sisteme inzhenerno-tekhnicheskogo obespecheniya APK // Sel'skiy mekhanizator. 2016. № 8. Pp. 2-5.
3. Kravchenko I.N., Puzryakov A.A., Katayev YU.V., Pupavtsev I.Ye., Grechko D.G. Primeneniye plazmenno-napylennykh ferrookislov dlya porshnevykh kolets avtotraktornykh dvigateley // Trudy GOSNITI. T. 122. Moscow, 2016. Pp. 188-193.
4. Kravchenko I.N., Bondareva G.I., Gladkov V.YU., Pankratova Ye.V., Glinskiy M.A. Issledovaniye napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya naplavlennykh pokrytiy detaley, vosstanovlennykh plazmennymi metodami // Remont. Vosstanovleniye. Modernizatsiya. 2011. № 6. Pp. 2-8.
Golubev I.G. Vosstanovleniye rabochikh organov sel'skokhozyaystvennykh mashin // Tekhnika i oborudovaniye dlya sela. 1998. № 3. Pp. 39-42.
5. Yerokhin M.N., Leonov O.A. Osobennosti obespecheniya kachestva remonta sel'skokhozyaystvennoy tekhniki na sovremennom etape // Vestnik FGOU VPO MGAU imeni V.P. Goryachkina. 2005. 1(11). Pp. 9-12.
6. Kravchenko I.N., Korneyev V.M., Katayev YU.V., Chekha T.A. Sistema avtomatizirovannogo kontrolya upravleniyem tekhnicheskim sostoyaniyem mashin i oborudovaniya // Sel'skiy mekhanizator. 2016. № 9. Pp. 22-23.

Все иллюстрации статьи | All visuals of paper

bottom of page