ТВЧ-борирование — эффективный метод упрочнения деталей

Язык труда и переводы:
УДК:
631.31
Дата публикации:
17 мая 2022, 18:02
Категория:
Инновационные технологии ремонта, реновации и восстановления в машиностроении
Авторы
Аннотация:
Проведено исследование по выбору оптимального состава шихты и отработка оптимального режима упрочнения для получения твердых и износостойких покрытий методом высокоскоростного ТВЧ-борирования. Рассмотрено борирование на образцах на глубину до 800 мкм с использованием шихты состоящей из карбида бора и флюса П-0,66. Исследована износостойкость и микротвердость. После определения оптимального режима было проведено борирование партии ножей КРН.
Ключевые слова:
упрочнение, ТВЧ-борирование, микротвердость, износостойкость, ресурс, детали машин, ножи КРН
Основной текст труда

Введение

Для повышения физико-механических свойств деталей с целью увеличения срока службы в настоящее время часто применяются методы химико-термической обработки. Одним из таких процессов является борирование, которое представляет собой насыщение поверхности детали бором. В результате борирования получаются протяженные (до 800мкм) слои. Они обладают высокой микротвердостью, абразивной износостойкостью, прочностью, коррозионной стойкостью и высоким сопротивлением изнашиванию [1–3]. Большинство известных в настоящее методов борирования стали (печное, газовое, электролитическое) длительны, трудоемки, не поддаются автоматизации и плохо встраиваются в технологические схемы современных производств.

Интенсификация процессов химико-термической обработки и, в частности борирования, может осуществляться с применением технологий кратковременного, высокоскоростного нагрева поверхности стальной детали с нанесенным на нее специальным борирующим составом токами высокой частоты (ТВЧ-нагрев) до температур 1050–1150 °С [4]. Процесс высокоскоростного ТВЧ-борирования продолжается 120 с. В результате химической реакции на поверхности детали образуется FeB, который является твердой составляющей в поверхностном слое, обеспечивающим повышенную износостойкость.

Борирование с использованием ТВЧ-нагрева способствует изменению свойств поверхностного слоя, варьирование химического состава, а также создание желаемого сочетания свойств поверхности изделия и сердцевины. Борирование позволяет изменять градиент свойств покрытия в направлении от поверхности к сердцевине [5]. Учитывая эффективность борирования, исследования по обоснованию и выбору оптимальных режимов следует считать актуальным.

Методы

В качестве объекта исследования были использованы плоские ножи, которые применяются в косилках и зерновых комбайнах. Нож изготовлен из стали 65Г. Для выбора режима упрочнения использовались образцы из стали 65Г размером 30×50×5 мм, на которые свободно наносилась готовая шихта на основе плавленого боратного флюса П-0,66(10 %), содержащей карбид бора (90 %) [6].

Предварительно подготовленные образцы помещались в петлевой индуктор диаметром 90мм и нагревались до температур 1250–1300°С на ТВЧ установке СВЧ-40АВ. Температура поверхности образцов определялась с помощью инфракрасного пирометра.

Образцы выдерживались при указанной температуре в течение 120 секунд. После истечения данного времени образцы извлекались из индуктора и охлаждались в масле. У полученных покрытий исследовалась абразивная износостойкость и микротвердость.

Результаты и их обсуждение

Износостойкость исследовалась на установке ВИМ-ЛТДП. Устройство для ускоренных испытаний образцов на износостойкость содержит ротор с осью, устройство для шлифования с абразивной лентой, держатель, рычаг с прикрепленным образцом, электродвигатель с регулятором оборотов, блок управления. Все части устройства основаны на одной платформе. Испытуемый образец зажимался винтом в держателе и подводился  рычагом с противовесом к абразивной ленте. Ротор с осью приводил во вращение абразивную ленту, которая контактировала с образцом, в результате чего происходил износ материала.

Образцы взвешивались на электронных весах с точностью до 0,001 г. до испытаний, затем подвергались абразивному износу в течение 5 минут и снова взвешивались. Величина износа определялась разностью масс образцов до и после испытаний. Результаты испытаний выражались показателем относительной износостойкости. Эталоном служил закаленный образец из стали 65Г.

По результатам испытания определялась относительная износостойкость борированного образца, которая была равна 2,5040.

Микротвердость замеряли  по глубине борированного слоя с захватом основного металла. Исследования проводились Наноцентре ФНАЦ ВИМ на шлифах. Так же была определена микроструктура.

По результатам исследования было получено среднее значение микротвердости покрытия — 9500,  зоны термического влияния — 2550, при  микротвердости основы — 2020.

Заключение

На основе данного исследования, можно сделать вывод, что покрытия, полученные с использованием высокоскоростного ТВЧ-борирования шихтой на основе плавленого боратного флюса П-0,66(10 %), содержащей карбид бора (90 %), имеют высокие показатели износостойкости. Определив оптимальные режимы упрочнения на образцах, была упрочнена партия ножей (12 шт.) и подготовлена для передачи во Владимирскую МИС для проведения производственных испытаний при скашивании трав косилкой КРН2.1. Использование данной технологии в сельском хозяйстве повысит ресурс работы деталей техники и, следовательно, увеличит ее производительность. Данный метод может использоваться при упрочнении плоских ножей на заводах по производству новых ножей.

Литература
  1. Шитов А.Н., Веденеев А.А. Влияние различных факторов на изнашивание рабочих органов почвообрабатывающих машин. Ремонт, восстановление, модернизация, 2002, № 7, с. 21–23.
  2. Сидоров С.А. Технический уровень и ресурс рабочих органов сельхозмашин. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1998, № 3, с. 29–33.
  3. Ляхович Л.С., ред. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справочник. Мочква, Металлургия, 1981. 424 с.
  4. Антонцев Н.М., Гритчин В.В., Толкачев М.Н. Борирование с использованием ТВЧ нагрева. Труды ГОСНИТИ, 2015, т. 121, с. 166–172.
  5. Лялякин В.П., Аулов В.Ф., Ишков А.В., Трохин А.Ю. Упрочнение ножей соломоизмельчителя комбайнов ООО «КЗ «Ростсельмаш» нанесением покрытий на основе бора. Инновационные технологии реновации в машиностроении. Сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. Москва, 04–05 февраля 2019 г. Москва, Московский государственный областной университет, 2019, с. 100–105.
  6. Ишков А.В., Кривочуров Н.Т., Мишустин Н.М., Иванайский В.В., Максимов А.А. Износостойкие боридные покрытия для почвообрабатывающих органов сельхозтехники. Вестник АГАУ, 2010, т. 71, № 9, с. 71–75.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.