Усовершенствованные методы определения микротвердости образцов рабочих механизмов сельскохозяйственных машин, изготовленных из высоколегированного твердого сплава

УДК 621.78: 621.019

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОТВЕРДОСТИ ОБРАЗЦОВ РАБОЧИХ МЕХАНИЗМОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ

ВЫСОКОЛЕГИРОВАННОГО ТВЕРДОГО СПЛАВА А.А. Мухаммедов

Ташкентский государственный

технический университет имени Абу Райхана Беруни

З. Абдукаххоров, С. Бахриддинов (Наманганский инженерно-

технологический институт) В статье рассматриваются

теоретические и технологические основы изготовления

металлокомпозиционных материалов для литых деталей машин и механизмов путем литья по газифицируемым моделям. Представлена методика определения микротвердости образцов и литых деталей различных машин с твердосплавным износостойким

покрытием типа сормайт ПГ-С27. Представлена также технология термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией для литых деталей машин и механизмов. Приведены результаты исследований по определению микротвердости образцов до и после термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией, повышающей износостойкость поверхностных и подповерхностных слоев изделий. Ключевые слова: литой стальной образец, изготовленный по

газифицируемым моделям, сталь марки 35ГЛ, твердосплавное покрытие, порошковый твердый сплав типа ПГ-С27 со связующим, толщина

твердосплавных покрытий, твердость материала, определение

микротвердости образцов, изменение механизма структурообразования

твердосплавных покрытий до и после термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией,

прочность и износостойкость детали.

UDC 621.78: 621.019

THE IMPPROVED METHODS FOR DEFINING OF SAMPLES

MICROHARDNESS OF WORKING MECHANISMS FOR AGRICULTURAL MACHINES MADE FROM

HIGHHARDALLOY

Muhammedov A.A.

Uzbekistan, Tashkent State Technical university named Abu Reyhan Beruni Abdukahharov Z., Bahriddinov S. Uzbekistan, Namangan Institute of Engineering and Technology

This paper describes the theoretical and technological bases or manufacturing of metal composites, materials for cast machinery parts by casting on gas supply models. The technique for determining of the microhardness of the samples and moulded pieces of various machines with a hard facing wear-resistant coating of type sormite PG-C27 is represented. There are represented also the heat treatment technology with dual phase recrystallization to moulded pieces of machinery. There are given the results of investigations to determine the microhardness of samples before and after heat treatment with double recrystallization phase, which improves wear resistance of the surface and subsurface of products' layers.

Keywords: cast steel specimen made by gas supply casting, steel of grade 35GL, hard facing coating, hard powder-type PG-C27, coating thickness, hardness of the material, the definition of micro-hardness of samples, changes in the structure formation mechanism of carbide coatings before and after heat treatment with double recrystallization phase, strength and wear resistance.

Качество большинства деталей определяется в первую очередь по твердости. Твердость и микротвердость металлов и сплавов зависят от химсостава, мехсвойства и обработки. Твердость металлов в отожженном состоянии бывает низкой, а после термической обработки -высокой. Поэтому твердостью металла называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии индентора на поверхностные слои материала. Определение твердости вследствие быстроты и простоты осуществления, а также возможность без разрушения изделия судить о его свойствах получили широкое применение для контроля качества материала в металлических слоистых литых деталях [1,2].

Очень многие детали автотракторосельхозмашин и других механизмов выходят из строя в результате абразивного изнашивания. Эти детали подвергаются поверхностному упрочнению. К таким видам относятся термическая и химико-термическая обработка металлов и сплавов, а также токами высокой частоты. Именно к таким деталям относятся лапы культиваторов и наральников почвообрабатывающих машин [3].

В основном эти детали изготовляются в ОАО «Чирчиксельмаш», ОАО «ТашАЗ» и других производственных предприятиях республики литьем из низкоуглеродистой стали и не соответствуют существующему ГОСТу, а срок годности этих деталей не превышает одного сезона из-за низкой твердости и невысокого качества. Данные детали во время культивации изнашиваются по почве и выходят из строя в результате износа. Поэтому в настоящее время эти детали изготовляются из высоколегированной стали путем литья по газифицируемым моделям с износостойким твердосплавным покрытием и их последующей термической обработкой с двойной фазовой перекристаллизацией.

Целью данной работы являются определение микротвердости поверхностных слоев полученных литых деталей с износостойким твердосплавным покрытием путем литья по пенополистироловым газифицируемым моделям и повышение износостойкости методом термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией. Сначала получается пеномодель с помощью алюминиевых пресс-форм, пеномодель покрывается твердосплавным износостойким покрытием типа сормайт ПГ-С27, потом формируется в литейную опоку-контейнер и заливается жидким металлом - сталь 35ГЛ. Во время заливки пеномодель сгорает, а её место заполняется расплавом. Таким способом изготовляются и получаются литые детали автотракторосельскохозяйственных машин и механизмов с твердосплавным износостойким покрытием [4,5].

Методика проведения исследования. Определение микротвердости металлических образцов: на приборах Бринелля, Роквелла и Виккерса нельзя определять твердость микроскопически малых объемов металла (микротвердость), например, микротвердость

отдельных структурных составляющих металлов и их сплавов, так как глубина поверхностного слоя и площадь отпечатка от вдавливания шарика, конуса или пирамиды значительны. Определение микротвердости осуществляли на специальном приборе ПМТ-3, на котором можно находить микротвердость поверхностных покрытий специально приготовленных образцов [4,6].

Подготовка образцов и определение микротвердости. Обычно образцы ленты и фольги испытывают без подготовки, а цементированные, нитроцементированные, азотированные,

цианированные, хромированные, борированные и другие образцы, которые имеют поверхностные слои, шлифуют, полируют, промывают, сушат и после полной очистки определяют микротвердость металлов по глубине.

При нахождении твердости отдельных структурных составляющих поверхность образца должна быть подготовлена так же, как для металлографического исследования (шлифование, полирование, травление и др.). После этих операций образцы промываются ватой с проточной водой, сушатся, а далее измеряется микротвердость поверхностного слоя [4,7]. Размеры специально приготовленных образцов с износостойким твердосплавным покрытием были 12х12, 15x20, 20x22 мм. Некоторые из них представлены на рис.1.

а) б) в) г)

Рисунок 1 — Общий вид металлических образцов: а-цилиндрические; б-прямоугольные; в- и г-правильное расположение образцов в термической печи.

Четырехгранная алмазная пирамида (с углом при вершине 1360) вдавливается в испытываемый материал под очень небольшой нагрузкой 0,05+5Н (5+500г). Для нагружения применяют специальные грузы в форме шайб с вырезом массой 5,10,20,50,100,200 и 500 г. Число твердости выражается в величинах твердости Н и определяется по формуле:

2Р81п —

Н =-г-2 = 1.8544— И1 2 (ё^и 2),

а2 а2

где Р - нагрузка на пирамиду, Н (кг); d - средняя арифметическая длина обеих диагоналей отпечатка после

снятия нагрузки, мм;

а - угол между противоположными гранями пирамиды при

вершине,

равной 1360; Н - микротвердость, МПа. Применение метода измерения микротвердости позволяет определять твердость тонкого листового и фольгового материала, тонких поверхностных слоев металлических покрытий (рис.2, а) и отдельных структурных составляющих твердых сплавов (рис.2, б). Также методом микротвердости можно находить твердость отдельных зерен или даже очень тонких поверхностных слоев, тонких защитных покрытий и металлических мелких изделий.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Все образцы и литые детали после исследований, для того чтобы повысить твердость поверхностных и подповерхностных слоев, обязательно подвергаются различным специальным режимам термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией. Термическая обработка проводилась при температуре нагрева от 900 до 11500С. После термической обработки все образцы отпускали от 200 до 600°С и получали необходимые твердости и микроструктуры.

а) б)

Рисунок 2 — Методы измерения отпечатков на специально подготовленном микрошлифе: металлическое покрытие (а) и структурные составляющие из твердых сплавов (б).

В работе приведены данные о микротвердости до и после термической обработки металлических образцов, полученных путем литья по газифицируемым моделям с толщиной покрытия 1,5 мм (табл.1,2) и (рис.3,а,б), а также 2,0 мм (табл.3,4) и (рис.4,а,б). Полученные результаты отвечают всем требованиям производственных предприятий.

Значения микротвердости образцов по глубине твердосплавного износостойкого покрытия (толщина покрытия 1,5 мм) с добавкой твердого сплава типа сормайт ПГ-С27, полученного при литье по газифицируемым моделям до термической обработки

Таблица 2

№ п/п Расстояние от поверхности, мм НV1oo № п/п Расстояние от поверхности, мм НV1oo

1 2 3 4 5 6

1. 0,05 946 11. 0,55 274

2. 0,10 946 12. 0,60 254

3. 0,15 824 13. 0,65 254

4. 0,20 724 14. 0,70 221

5. 0,25 464 15. 0,75 236

6. 0,30 383 16. 0,80 206

7. 0,35 383 17. 0,85 204

8. 0,40 350 18. 0,90 236

9. 0,45 254 19. 0,95 221

10. 0,50 297 20. 1,00 221

Значения микротвердости образцов по глубине твердосплавного износостойкого покрытия (толщина покрытия 1,5 мм) с добавкой твердого сплава типа сормайт ПГ-С27, полученного при литье по газифицируемым моделям после термической обработки

Таблица 3

№ п/п Расстояние от поверхности, мм НV1oo № п/п Расстояние от поверхности, мм НV1oo

1 2 3 4 5 6

1. 0,05 1100 11. 0,55 824

2. 0,10 1100 12. 0,60 642

3. 0,15 946 13. 0,65 514

4. 0,20 824 14. 0,70 480

5. 0,25 946 15. 0,75 514

6. 0,30 784 16. 0,80 480

7. 0,35 1100 17. 0,85 514

8. 0,40 824 18. 0,90 480

9. 0,45 824 19. 0,95 514

10. 0,50 724 20. 1,00 480

Рисунок 3 — Значения микротвердости по глубине твердосплавного износостойкого покрытия до (а) и после термической обработки (б) литых образцов с толщиной 1,5 мм.

Значения микротвердости образцов по глубине твердосплавного износостойкого покрытия (толщина покрытия 2,0 мм) с добавкой твердого сплава типа сормайт ПГ-С27, полученного при литье по газифицируемым моделям до термической обработки

абли ца 4

№ Расстояние от НV1oo № Расстояние от НV1oo

п/п поверхности, мм п/п поверхности, мм

1 2 3 4 5 6

1. 0,05 1430 16. 0,80 824

2. 0,10 1430 17. 0,85 946

3. 0,15 1430 18. 0,90 383

4. 0,20 1290 19. 0,95 322

5. 0,25 1400 20. 1,00 322

6. 0,30 1290 21. 1,05 322

7. 0,35 1100 22. 1,10 322

8. 0,40 946 23. 1,15 350

9. 0,45 724 24. 1,20 322

10. 0,50 946 25. 1,25 322

11. 0,55 724 26. 1,30 274

12. 0,60 642 27. 1,35 322

13. 0,65 514 28. 1,40 274

14. 0,70 724 29. 1,45 274

15. 0,75 824 30. 1,50 254

Значения микротвердости образцов по глубине твердосплавного износостойкого покрытия (толщина покрытия 2,0 мм) с добавкой твердого сплава типа сормайт ПГ-С27, полученного при литье по газифицируемым моделям после термической обработки

абли ца 5

№ Расстояние от № Расстояние от

п/п поверхности, мм НV1oo п/п поверхности, мм НV1oo

1 2 3 4 5 6

1. 0,05 1530 14. 0,70 946

2. 0,10 1530 15. 0,75 824

3. 0,15 1530 16. 0,80 824

4. 0,20 1400 17. 0,85 724

5. 0,25 1290 18. 0,90 642

6. 0,30 1100 19. 0,95 642

7. 0,35 824 20. 1,00 514

8. 0,40 824 21. 1,05 514

9. 0,45 724 22. 1,10 420

10. 0,50 724 23. 1,15 420

11. 0,55 946 24. 1,20 464

12. 0,60 724 25. 1,25 420

13. 0,65 824 26. 1,30 420

Расстояние от поверхности покрытия, мм Расстояние от поверхности покрытия, мм

а) б)

Рисунок 4. — Значения микротвердости по глубине твердосплавного износостойкого покрытия до (а) и после термической обработки (б) литых образцов с толщиной (2,0 мм).

ВЫВОДЫ

Анализируя весь цикл распределения микротвердости на образцах с твердосплавными износостойкими покрытиями, полученными при литье по газифицируемым моделям с толщиной покрытия 1,5 и 2,0 мм

из твердого сплава типа сормайт ПГ-С27, можно видеть, что чем больше толщина покрытия, тем лучше качество материала. Установлено, что все экспериментальные исследования, включая измерения микротвердости, находятся в хорошем согласовании. Особенно термообработанные литые детали машин и механизмов с твердосплавным износостойким покрытием повышают износостойкость и долговечность в два и более раза [8].

В заключение следует отметить, что проведенные нами научно-исследовательские работы и лабораторно-экспериментальные данные и анализы по измерению микротвердости литых стальных деталей машин с твердосплавным износостойким покрытием соответствуют ГОСТу и техническим требованиям готовых изделий. Кроме того, термическая обработка с двойной фазовой перекристаллизацией увеличивает износостойкость литых деталей в 3-4 раза, чем серийных.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Гуляев, А.П. Металловедение /А.П. Гуляев // М.: Металлургия, 1986. - 541 с.

2. Баландин, Г.Ф. Основы теории формирования отливки / Г.Ф. Баландин // М.: Машиностроение, 1999. 335 с.

3. Мухамедов А.А.. Некоторые особенности структурного наследования при фазовой перекристализации стали / А.А. Мухамедов // МИТОМ. 1978. №3

4. Мухамедов А.А.. Механизм структурной перекристаллизации при термической обработке стали / А.А. Мухамедов // Сб. ТашПИ. №192. Ташкент. 1977 с.3-10.