способ получения биметаллического покрытия для рабочих органов почвообрабатывающего орудия

Формула изобретения

Способ получения биметаллического покрытия для рабочих органов почвообрабатывающего орудия, включающий фрезерование режущих кромок рабочих органов почвообрабатывающего орудия, подлежащих наплавке слоем покрытия, нанесение слоя порошкового материала и его наплавку в индукторе установки тока высокой частоты, отличающийся тем, что перед наплавкой порошковый материал подвергают облучению гамма-квантами интегральной дозой 1×10³-1×10 ⁷ рад.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к технологии получения высококачественных порошковых материалов, используемых для наплавки кромок лезвий рабочих органов почвообрабатывающего орудия, и может быть использовано не только в агропромышленном комплексе, но и в других отраслях промышленности.

Известен способ получения биметаллического покрытия для рабочих органов почвообрабатывающего орудия путем наплавки на рабочую поверхность рабочих органов многокомпонентных наплавочных материалов различного химического состава [Бетеня Г.Ф. Повышение долговечности почворежущих элементов сельскохозяйственной техники наплавкой намораживанием. Мн.: БелНИИНТИ, 1986].

К недостаткам известного способа следует отнести крупнозернистость, дендритное строение, трещины, раковины и газовые включения в структуре биметаллического покрытия.

Известен способ получения биметаллического покрытия для рабочих органов почвообрабатывающего орудия, включающий подготовку поверхности режущих кромок рабочих органов, нанесение покрытия и закрепление его высокотемпературным нагревом [Дорожкин Н.Н., Абрамович Т.М., Жорник В.И. Получение покрытий методом припекания. Мн.: Наука и техника, 1980].

К недостаткам известного способа следует отнести невысокое качество покрытия, большую пористость и большой разброс по механическим характеристикам.

Известен также способ получения биметаллического покрытия для рабочих органов почвообрабатывающего орудия, включающий наплавку на поверхность режущих кромок рабочих органов порошка из сплава сормайт [Циммерман М.З. Рабочие органы почвообрабатывающих машин. М.: Машиностроение, 1978].

К недостаткам данного способа следует отнести слабую адгезию к поверхности материала основы, структурную неоднородность и невысокую износостойкость.

Известны способы наплавки порошковых покрытий - газопламенный, плазменный, электродуговой, индукционный, детонационный и лазерный (Кулу П. Износостойкость порошковых материалов и покрытий. - Таллин: Валгус, 1988. - 120 с.; Упрочнение лазерной обработкой деталей из высокопрочного чугуна / В.Н.Гадалов, И.В.Павлов; Курский ГТУ // Тракторы и с.-х. машины. - 2006. - № 5. - С.56; Федоров А.Л. Современные способы получения покрытий из порошковых материалов // Современные технологии в машиностроении: Сб. статей Х Международной научно-практической конференции. - Пенза, 2006. - С.144-146; Федоров А.Л. Ионизирующее облучение как метод повышения износостойкости материала почвообрабатывающего инструмента // Энергосберегающие технологии в АПК: Сб. статей Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза, 2006. - С.94-96; а.с. № 146169). Известно также образование защитных покрытий методом намораживания (Бетеня Г.Ф. Повышение долговечности почворежущих элементов сельскохозяйственной техники наплавкой намораживанием. - Мн.: БелНИИНТИ, 1986. - 44 с.). Наибольшее распространение получил индукционный способ, когда подготовленную к наплавке поверхность кромки лезвия рабочего органа с нанесенным слоем порошкового покрытия помещают в электромагнитное поле индуктора, где под действием тока высокой частоты (ТВЧ) происходит расплавление материала покрытия и его наплавка на кромку лезвия.

Наиболее близким аналогом - прототипом к описываемому изобретению является способ, известный из SU 146169 А, 1962 г., включающий фрезерование лезвия лемеха (рабочий орган), нанесение на него специальным дозатором слоя пастообразной шихты (основным компонентом которой является сормайт № 1) толщиной 4,6-5,5 мм и его наплавку в индукторе установки тока высокой частоты (ТВЧ).

К недостаткам данного способа следует отнести химическую неоднородность, недостаточную прочностью связующего материала и адгезионную способность к поверхности рабочего органа, и низкую абразивную износостойкость биметаллического покрытия.

Сущность технической задачи, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении морфологической однородности порошковых биметаллических покрытий рабочих органов почвообрабатывающего орудия, а также увеличении предела прочности, адгезии и повышении абразивной износостойкости наплавленного покрытия.

Техническая задача достигается в способе получения биметаллического покрытия для рабочих органов почвообрабатывающего орудия, включающем фрезерование режущих кромок рабочих органов почвообрабатывающего орудия, подлежащих наплавке слоем покрытия, нанесение слоя порошкового материала и его наплавку в индукторе установки тока высокой частоты (ТВЧ), в котором согласно изобретению перед наплавкой порошковый материал подвергают облучению гамма-квантами интегральной дозой 1×10 ³-1×10⁷ рад.

Заявляемое изобретение отличается от прототипа тем, что перед наплавкой порошковый материал подвергают облучению гамма-квантами интегральной дозой 1×10³-1×10⁷ рад.

Технология формирования высококачественного покрытия достаточно полно описывается теорией и практикой кинетики разложения твердых веществ, а именно заключается в появлении и укреплении зародышевых центров в процессе разложения порошковых компонентов.

Указанные выше порошковые материалы под действием гамма-квантов выравниваются по плотности в виде распределенных в некотором объеме зародышевых точек. При этом гамма-кванты, во-первых, увеличивают концентрацию точечных дефектов; во-вторых, восстанавливают активность тех центров, которые ранее утратили свою активность; в-третьих, приводят к развитию поверхности (увеличению внутренней поверхности); в-четвертых, выравнивают гранулометрический состав материала покрытия. Последний фактор неизбежен из-за растрескивания кристаллов при воздействии внутрикристаллических дефектов. Особенно это эффективно проявляется при температуре спекания облученных порошков.

На фиг.1 изображены графики площади металлических частиц в порошковых смесях до (а) и после (б) облучения их гамма-квантами интегральной дозой 1,98×10⁶ рад.

На фиг.2 изображена фотография микроструктуры биметаллического покрытия режущих кромок рабочих органов почвообрабатывающего орудия, получаемой по известному способу - прототипу и включающей наплавляемую основу (показана слева), переходную зону и покрытие (показано справа).

На фиг.3 изображена фотография микроструктуры биметаллического покрытия режущих кромок рабочих органов почвообрабатывающего орудия, получаемой по примеру 1 и включающей наплавляемую основу (показана слева), переходную зону и покрытие (показано справа).

На фиг.4 изображена фотография микроструктуры биметаллического покрытия режущих кромок рабочих органов почвообрабатывающего орудия, получаемой по примеру 2 и включающей наплавляемую основу (показана слева), переходную зону и покрытие (показано справа).

На фиг.5 изображена фотография микроструктуры биметаллического покрытия режущих кромок рабочих органов почвообрабатывающего орудия, получаемой по примеру 3 и включающей наплавляемую основу (показана слева), переходную зону и покрытие (показано справа).

Способ осуществляют следующим образом. На универсально-фрезерном станке профрезеровывают тыльную строну лезвия рабочего органа (например, лапы культиватора), подлежащего наплавке слоем покрытия. Из специального сырья на дробильных агрегатах (например, шаровой мельнице) получают порошковый материал различного химического состава, который подвергают облучению гамма-квантами интегральной дозой 1×10³-1×10 ⁷ рад от линейного ускорителя электронов через установленную перед его выходном окном вольфрамовую пластину. На всю ширину поверхности кромки лезвия рабочего органа, расположенного тыльной стороной вверх, ровным слоем и заданной толщины наносится слой облученного порошкового материала, после чего наплавляемую поверхность рабочего органа (лезвие) помещают в электромагнитное поле индуктора, где под действием тока высокой частоты (ТВЧ) происходит расплавление порошкового материала при температуре от плюс 1100°С до плюс 1200°С и его наплавка на лезвие в течение 5-8 с. После наплавки лезвия рабочего органа закалка не производится.

Пример 1. Отфрезерованную и подготовленную к нанесению покрытия поверхность кромки лезвия рабочего органа почвообрабатывающего орудия покрывают слоем порошка, обработанного гамма-квантами энергией 1×10³ рад, и наплавляют в индукторе установки тока высокой частоты (ТВЧ). При этом качественный химический состав порошка соответствует требованиям, предъявляемым к порошку из сплава сормайт № 1 (марка ПГ-С1) и изложенным в ГОСТ 21448-75* (Порошки из сплавов для наплавки. Технические условия: ГОСТ 21448-75*. - Введ. 01.01.77. - М., 1982. - 9 с.): основа Fe - до 54,6-65,1%; Cr - 25-31%; С - 2,5-3,5%; Si - 2,8-4,2%; Ni - 3-5%; Mn - до 1,5%; S - до 0,08%; Р - до 0,08%. Количество порошка, необходимое для наплавки рабочего органа, определялось экспериментальным путем для данного рабочего органа почвообрабатывающего орудия.

Для данного примера имеет место изменение по сравнению с известным способом - прототипом характера микроструктуры (фиг.2), выражающееся в увеличении микротвердости наплавленного покрытия, уменьшении микротвердости в его переходной зоне и ее толщины, уменьшении количества микропор, увеличении прочности покрытия и, как следствие, в увеличении адгезии биметаллического покрытия и его эксплуатационных свойств (фиг.3

).

Пример 2. Отфрезерованную и подготовленную к нанесению покрытия поверхность кромки лезвия рабочего органа почвообрабатывающего орудия покрывают слоем порошка, обработанного гамма-квантами энергией 1,98×10⁶ рад, и наплавляют в индукторе установки тока высокой частоты (ТВЧ). Качественный химический и количественный состав порошка был взят так же как в примере 1.

Данный пример характеризуется получением наилучших свойств за счет формирования микроструктуры, для которой свойственна повторяемость во всем микрообъеме биметаллического покрытия (сплава), более высокая микротвердость нанесенного слоя, минимальные параметры микротвердости в переходной зоне и ее толщины, отсутствие микропор, повышенная прочность и, как следствие, сильная адгезия и повышенная абразивная износостойкость биметаллического покрытия (фиг.4). Кроме того, при облучении порошковых компонентов по приведенному режиму было отмечено существенное изменение их гранулометрического состава, выражающееся в растрескивании кристаллической структуры зерен и получении более мелких по составу частиц (фиг.1).

Пример 3. Отфрезерованную и подготовленную к нанесению покрытия поверхность кромки лезвия рабочего органа почвообрабатывающего орудия покрывают слоем порошка, обработанного гамма-квантами энергией 1×10⁷ рад, и наплавляют в индукторе установки тока высокой частоты (ТВЧ). Качественный химический и количественный состав порошка был взят так же, как в примере 1.

Для последнего примера характерна рекомбинация наведенных дефектов, что не могло не сказаться на микроструктуре, которая по своим свойствам близка к прототипу, а именно включает уменьшение микротвердости наплавленного покрытия, увеличение микротвердости в его переходной зоне и ее толщины, увеличение количества и размера микропор, пониженная прочность и, как следствие, недостаточные адгезия и абразивная износостойкость биметаллического покрытия (фиг.5).

Полученные свойства биметаллического покрытия рабочих органов почвообрабатывающего орудия по приведенным трем примерам в сравнении с прототипом представлены в таблице.

Таблица
Способ получения биметаллического покрытия	Микротвердость по методу Хрущева - Берковича, кгс/мм2	Толщина переходной зоны, мкм
наплавляемая основа	переходная зона	покрытие (сплав)
Прототип	170-260	420	307-330	8-30
Пример 1	320-340	440-640	5-18
Пример 2	170-320	500-920	4-8
Пример 3	380	340-575	17-34

Таким образом, в процессе радиационной обработки сначала происходят спонтанные флуктуации атомов отдельных элементов поликристаллического вещества, а затем вступает в силу необратимая эволюция, проявляющаяся в самоорганизации наноструктуры в процессе жидкофазного спекания и увеличении абразивной износостойкости биметаллического покрытия.