ЛЕМЕХ ПЛУГА

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к сменному инструменту, почвообрабатывающих машин, и может быть использовано при изготовлении рабочих органов почвообрабатывающих машин, таких как лемеха, отвалы, полевые доски плугов, лезвия, диски сошников посевных и посадочных машин, долота, лапы, диски бороны, зубья бороны и другие.
Известен лемех плужного корпуса, содержащий носовую область, образованную привариванием к корпусу лемеха долота из стали повышенной твердости [1].
Недостатком этой конструкции является отсутствие упрочнения лезвийных частей долота, а также его оборота.
Известен полосовой долотообразный лемех плужного корпуса для отвальной вспашки [2], включающий имеющее элементы крепления тело и рабочую часть в виде лезвия или острия, изготовленный из углеродистой конструкционной стали, подвергнутой термообработке.
Однако лемех из углеродистой конструкционной стали [2], подвергнутый термической обработке, имеет небольшой ресурс эксплуатации в полевых условиях из-за следующих недостатков:
- детали после закалки и среднего отпуска имеют твердость 450-510 HV на поверхности и сердцевине с микроструктурой троостита, которая не обеспечивает достаточной износостойкости при эксплуатации рабочей части. Однако такая структура является оптимальной для придания детали высокой ударной вязкости,
- детали, подвергнутые закалке и низкому отпуску, имеют твердость на поверхности и сердцевине 550-660 HV со структурой мартенсита отпуска и остаточного аустенита. Такая структура является оптимальной для работы в жестких абразивных условиях, однако обладает малой ударной вязкостью, и сильный удар о камень приводит к хрупкому разрушению тела лемеха по крепежным отверстиям, которые являются концентраторами напряжений (рис. 1).
Известен рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный в виде лемеха [3], включающий имеющее элементы крепления тело, содержащее поверхностный слой и сердцевину, и рабочую часть в виде лезвия или острия, при этом лемех выполнен из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью с содержанием углерода от 0,40 до 0,80 мас. %, подвергнутой объемно-поверхностной закалке с самоотпуском или отпуском в печи, при этом его тело и рабочая часть выполнены с микроструктурой в виде отпущенного мартенсита с размером действительного зерна аустенита в пределах более 11 балла, но не более 14 балла и с твердостью 55-60 HRC.
Однако лемех плуга, изготовленный с сечением менее 12 мм, из углеродистых сталей с пониженной прокаливаемостью имеет следующие недостатки:
- детали, подвергнутые объемно-поверхностной закалке с самоотпуском или отпуском в печи имеют на поверхности и в сердцевине структуру мартенсита отпуска и остаточного аустенита с твердостью 600-700 HV. Данная структура обеспечивает повышение износостойкости, но обладает малой ударной вязкостью, что вызывает хрупкое разрушение по крепежным отверстиям при ударе о камень.
Наиболее близким к предложенному техническому результату по технической сущности является полосовой долотообразный лемех плужного корпуса для отвальной вспашки [4], изготовленный из углеродистой конструкционной стали, рабочая часть содержит поверхностный слой, выполненный со структурой износостойкого легированного азотом мартенсита отпуска, и сердцевину со структурой мартенсита отпуска, кроме того, поверхностный слой тела выполнен со структурой легированного азотом троостомартенсита отпуска или троостита и сорбита.
Недостатками прототипа являются [5]:
- детали после закалки и отпуска имеют твердость сердцевины 550-660 HV со структурой мартенсита отпуска и остаточного аустенита, которая является оптимальной с точки зрения износостойкости, вместе с тем обладает низкой ударной вязкостью и склонно к хрупкому разрушению тела резца по крепежным отверстиям, которые являются концентраторами напряжений. Хрупкость также может быть следствием обезуглероживания поверхностного слоя металла в результате термической обработки;
- поверхностный слой, выполненный со структурой легированного азотом троостита отпуска или троостита и сорбита, обладает недостаточной глубиной и резким падение его твердости;
- низкая скорость процесса насыщения поверхностных слоев металла азотом, для получения слоя 0,5…1,0 требуется от 40 ч до 90 ч;
- высококачественные азотированные слои можно получить только на специальных высоколегированных сталях;
- возникновение деформации деталей, которая является следствием внутренних напряжений, получающихся при азотировании (влияние разности удельных объемов и коэффициентов линейного расширения сердцевины и азотированного слоя);
- высокая стоимость процесса получения, связанная с необходимостью строгого соблюдения правил техники безопасности из-за высокой токсичности компонентов.
Техническим результатом данной модели является увеличение износостойкости, устранение хрупкого разрушения лемеха плуга по крепежным отверстиям при ударе о камень во время эксплуатации в полевых условиях, увеличение толщины износостойкого слоя, снижение стоимости процесса упрочнения.
Технический результат достигается за счет того, что лемех плуга содержит носовую область, образованную креплением к корпусу лемеха долота, содержащего сердцевину и рабочую часть, при этом долото имеет выпуклую цилиндрическую рабочую поверхность с радиусом кривизны (R) равным 0.5 м, выполнен из углеродистой конструкционной стали, рабочая часть содержит поверхностный слой, выполненный из композита железо-электрокорунд белый.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на рис. 2 (разрез А-А)) показана конструкция. Лемех плуга содержит рабочую часть 1 в виде лезвия или острия, тело 2 с элементами крепления.
Тело 2, рабочая часть которого имеет поверхностный композитный слой 3 и сердцевину 4.
Долото лемеха выполнено из углеродистой конструкционной стали, после закалки и среднего отпуска имеет твердость 450…510 HV на поверхности и сердцевине с микроструктурой троостита, которая является оптимальной для придания детали высокой ударной вязкости, на рабочую часть которого нанесен слой композита железо-электрокорунд белый.
2
Технологический процесс нанесения износостойких композиционных электрохимических покрытий (КЭП) на основе железа состоит из ряда обязательных операций. Очистку, мойку и дефектовку деталей можно принять стандартными согласно требованиям [6]. Электрохимическое обезжиривание деталей целесообразно проводить в стандартном электролите при 1,0…2,0 А/дм или венской известью [6]. Режимы анодной обработки и нанесения покрытий были установлены в работе [6], которые позволяют получать высокую прочность сцепления порядка 300…350 МПа.
3
2
2
2
Условия получения износостойких КЭП: состав электролита (кг/м) - FeCl∙4HO - 500, электрокорунд белый марки М14 - 80-90; режимы - плотность тока 20-40 А/дм, рН - 0,7-1,0, температура 50-60°С Для поддержания частиц во взвешенном состоянии и подачи их к поверхности катода наиболее предпочтительным является струйное перемешивание с мешалкой, установленной в отдельной секции [6]. Скорость потока электролита-суспензии необходимо поддерживать 0,1…0,2 м/с.
Продолжительность процесса электроосаждения слоя КЭП толщиной 1…1,5 мм составляет 2…4 часов. С целью повышения производительности процесса, композиционные покрытия целесообразно наносить в электролизере ванного типа при одновременной загрузке в него 10-50 деталей.
При электроосаждении КЭП на долото лемеха финишную обработку можно исключить, поскольку покрытия получаются равномерные с высоким классом шероховатости и не требуют дополнительных затрат энергии при работе деталей на стадии приработки [6].
Недостатки прототипа, которые устраняет полезная модель, рис. 1 - хрупкое разрушение по концентраторам напряжений - крепежным отверстиям.
Долото лемеха плуга не подвергается термической обработке, что позволяет сохранить однородную (гомогенную) структуру закаленной стали его сердцевины, придав высокую твердость и механическую прочность рабочей поверхности.
Высокая поверхностная твердость 10…11 ГПа рабочей части долота лемеха, достигаемая за счет нанесения слоя композиционного электрохимического покрытия, обеспечивает меньшее внедрение, и резание поверхности абразивными частицами почвы, значение твердости которых сопоставима с твердостью поверхности рабочей части 900-1500 HV. После операции нанесения покрытий поверхность лемеха представляет собой гетерогенную структуру.
Таким образом, сформированная гетерогенная структура, обеспечивает высокую износостойкость и прочность рабочей части долота лемеха, а его тело сохраняет высокую ударную вязкость, что позволяет устранять хрупкое разрушение в процессе эксплуатации по крепежным отверстиям.
Источники информации:
1. Патент РФ на полезную модель №169788, KJI.AO!B 15/04, 2017.
2. Энциклопедия машиностроения, t. VI-16, 1998. С. 56-58.
3. Патент BY 7466 С1.
4. Патент BY 14064 С1 МПК (2009) А01В 15/00, 2011.
5. Порошкин Д.А. Химико-термическая обработка металлов - карбонитрация /Металлургия. М. 1984. С. 8-11.
6. Гурьянов Г.В., Кисель Ю.Е. Электрохимические сплавы и композиты на основе железа. Брянск: Издательство БГИТА, 2015.96 с.