Введение
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].
Материалы и методы
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.
Результаты
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].
Результаты
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].
Обсуждение
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).
Обсуждение
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.
Выводы
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.