RU2726051C1 - Method of hardening of working tools blades of implements for tillage - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to method of hardening of working tool blades for tillage of soil. Arc of reverse polarity arc between the electrode and the hardened surface is used to move the electrode along the hardened surface. Hardening is performed by pulsating arc. Hardened the cutting part of working elements made of high-strength cast iron VCh 60 of weight composition, %: C – 3.4; Si – 2.7; Mn – 0.7; Ni – 0.2; S – 0.015; P – 0.05; Cr – 0.1; Cu – 0.2; Fe – the rest. Electrode used is a tungsten electrode. Performing axial longitudinal oscillations of electrode with frequency of 3–5 Hz and moving it along hardened surface at rate of 0.4–1.5 cm/s. Time of each contact of tungsten electrode with hardened surface makes 0.08–0.09 s.

EFFECT: obtaining a given stable depth of the ledeburite layer with depth of 1_2–1_4 mm and increasing wear resistance of cutting blades of tillage tools from high-strength cast iron VCh 60.

1 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области термического упрочнения высокоуглеродистых сплавов путем использования плазмы дугового разряда между деталью и вольфрамовым электродом и может быть использовано при производстве рабочих органов орудий для разработки грунтов.The invention relates to the field of thermal hardening of high-carbon alloys by using an arc discharge plasma between a part and a tungsten electrode and can be used in the production of working bodies of tools for soil development.

Известен способ упрочнения поверхности изделий из чугуна, в соответствии с которым упрочняемую сторону нагревают сварочной дугой при помощи неплавящегося угольного электрода при силе тока 180-200 А, а затем охлаждают со скоростью 400-500°С/с (авторское свидетельство СССР №1171538 от 07.08.1985). Однако при таком выполнении упрочнения поверхностного слоя у образцов из высокопрочного чугуна возникают проблемы с обеспечением устойчивости горения дуги, вследствие чего поверхность детали становится неровной и содержание углерода в поверхностном слое неоднородно.A known method of hardening the surface of cast iron products, in accordance with which the hardenable side is heated with a welding arc using a non-consumable carbon electrode at a current strength of 180-200 A, and then cooled at a speed of 400-500 ° C / s (USSR copyright certificate No. 1171538 of 07.08 .1985). However, with such a hardening of the surface layer, samples of ductile iron have problems with ensuring the stability of arc burning, as a result of which the surface of the part becomes uneven and the carbon content in the surface layer is inhomogeneous.

Известен способ электроконтактного термоупрочнения лезвия почвообрабатывающего орудия из высокопрочного чугуна ВЧ50 толщиной не менее 7 мм, включающий нагрев поверхности тыльной стороны лезвия почвообрабатывающего орудия электрической дугой обратной полярности путем перемещения электрода по криволинейной траектории, образованной линейным перемещением параллельно острой кромки лезвия почвообрабатывающих орудий и вращением вокруг вертикальной оси, при этом нагрев поверхности тыльной стороны лезвия осуществляют вольфрамовым электродом постоянным током, при этом диаметр вращения электрода вокруг вертикальной оси задают равным ширине лезвия, причем за один оборот электрода вокруг вертикальной оси линейное перемещение составляет 5 мм, а частоту вращения устанавливают 25 мин^-1 (патент РФ №2678723 от 31.01.2019).There is a method of electrical contact hardening of a blade of a tillage implement from high-strength cast iron VCh50 with a thickness of at least 7 mm, which includes heating the surface of the rear side of the blade of a tillage implement with an electric arc of reverse polarity by moving the electrode along a curved path formed by linear movement parallel to the sharp edge of the blade of the tillage and the axis of rotation of the tillage axis while heating the surface of the back side of the blade is carried out with a direct current tungsten electrode, while the diameter of the electrode rotation around the vertical axis is set equal to the width of the blade, and for one revolution of the electrode around the vertical axis the linear movement is 5 mm and the rotation frequency is set to 25 min ^-1 ( RF patent No. 2678723 dated January 31, 2019).

К недостаткам данного способа следует отнести ограничения по толщине обрабатываемых изделий, а также сложность в программировании процесса перемещения электрода при изменении геометрии рабочих органов.The disadvantages of this method include restrictions on the thickness of the processed products, as well as the difficulty in programming the process of moving the electrode when changing the geometry of the working bodies.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ упрочнения поверхности стальных изделий, включающий цементацию поверхностного слоя изделия с использованием плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом из углеродсодержащего материала и упрочняемой поверхностью стального изделия с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности, при этом цементацию поверхностного слоя ведут пульсирующей дугой, при этом электроду из углеродсодержащего материала сообщают колебательные движения с частотой колебаний 5-20 Гц, причем на каждом колебании упомянутый электрод вводят в контакт с упрочняемой поверхностью, продолжительность которого устанавливают 0,02-0,05 с, при этом электрод перемещают над упрочняемой поверхностью со скоростью 0,5-2,5 см/с (патент РФ №2563572 от 20.09.2015).The closest to the proposed method in terms of technical nature and the achieved result is a method of hardening the surface of steel products, comprising cementing the surface layer of the product using an arc discharge plasma of reverse polarity between the carbon-containing material electrode and the hardened surface of the steel product with the electrode moving along the hardened surface, while cementing the surface layer is driven by a pulsating arc, while the electrode of the carbon-containing material is informed by oscillatory movements with an oscillation frequency of 5-20 Hz, and at each oscillation, said electrode is brought into contact with a hardened surface, the duration of which is set to 0.02-0.05 s, while the electrode is moved over the hardened surface at a speed of 0.5-2.5 cm / s (RF patent No. 2563572 from 09/20/2015).

К недостаткам данного способа упрочнения поверхностного слоя можно отнести: отсутствие возможности упрочнения образцов из высокопрочного чугуна из-за возникновения проблем с обеспечением устойчивости горения дуги на его поверхности и перенасыщением углерода.The disadvantages of this method of hardening the surface layer include: the lack of the possibility of hardening samples of ductile iron due to problems with ensuring the stability of arc burning on its surface and carbon supersaturation.

Технической задачей данного изобретения является получение заданной стабильной глубины упрочненного слоя в режущей части рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна ВЧ 60, повышение твердости.The technical task of this invention is to obtain a given stable depth of the hardened layer in the cutting part of the working bodies of tillage implements of ductile iron VCh 60, increasing hardness.

Технический результат - получение заданной стабильной глубины ледебуритного слоя глубиной 1,2-1,4 мм, повышение износостойкости лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна ВЧ 60.EFFECT: obtaining a predetermined stable depth of a ledeburite layer with a depth of 1.2-1.4 mm, increasing the wear resistance of the blades of the working bodies of tillage implements from high-strength cast iron VCh 60.

Технический результат достигается способом упрочнения лезвий рабочих органов орудий для разработки почвогрунтов, включающим использование плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом и упрочняемой поверхностью с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности пульсирующей дугой, согласно изобретению упрочняют режущую часть рабочих органов, выполненных из высокопрочного чугуна ВЧ 60 состава в %: С - 3.4, Si - 2.7, Mn - 0.7, Ni - 0.2, S - 0.015, Р - 0.05, Cr - 0.1, Cu - 0.2, Fe - остальное, в качестве электрода используют вольфрамовый электрод, который осуществляет осевые продольные колебания с частотой 3-5 Гц и перемещается по упрочняемой поверхности со скоростью 0,4-1,5 см/с, при этом время каждого контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью составляет 0,08-0,09 с.The technical result is achieved by the method of hardening the blades of the working bodies of the tools for developing soil, including the use of plasma of an arc discharge of the opposite polarity between the electrode and the hardened surface with the electrode moving along the hardened surface with a pulsating arc, according to the invention, the cutting part of the working bodies made of high-strength cast iron of high frequency composition 60 in %: С - 3.4, Si - 2.7, Mn - 0.7, Ni - 0.2, S - 0.015, Р - 0.05, Cr - 0.1, Cu - 0.2, Fe - the rest, a tungsten electrode is used as an electrode, which carries out axial longitudinal vibrations with a frequency of 3-5 Hz and moves along the hardened surface at a speed of 0.4-1.5 cm / s, while the time of each contact of the tungsten electrode with the hardened surface is 0.08-0.09 s.

Отличительные существенные признаки, влияющие на достижение заявленного технического результата:Distinctive essential features affecting the achievement of the claimed technical result:

- упрочняются поверхности рабочих органов из высокопрочного чугуна ВЧ 60 состава в %: С - 3.4, Si - 2.7, Mn - 0.7, Ni - 0.2, S - 0.015, Р - 0.05, Cr - 0.1, Cu - 0.2, Fe - остальное;- surfaces of working bodies from high-strength cast iron of HF 60 composition are hardened in%: С - 3.4, Si - 2.7, Mn - 0.7, Ni - 0.2, S - 0.015, Р - 0.05, Cr - 0.1, Cu - 0.2, Fe - the rest;

- в качестве электрода используют вольфрамовый электрод;- a tungsten electrode is used as an electrode;

- вольфрамовый электрод осуществляет осевые продольные колебания с частотой 3-5 Гц;- a tungsten electrode carries out axial longitudinal vibrations with a frequency of 3-5 Hz;

- вольфрамовый электрод перемещается по упрочняемой поверхности со скоростью 0,4-1,5 см/с;- the tungsten electrode moves along the hardened surface at a speed of 0.4-1.5 cm / s;

- время контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью при каждом контакте составляет 0,08-0,09 с.- the contact time of the tungsten electrode with the hardened surface at each contact is 0.08-0.09 s.

Использование пульсирующей дуги обеспечивает регулирование нагрева обрабатываемой поверхности, так как интенсивный нагрев поверхности происходит только в короткий период, когда электрод находится на заданном расстоянии от обрабатываемой поверхности и прекращается, когда электрод находится в контакте с обрабатываемой поверхностью изделия. В зоне разряда происходит быстрое нагревание поверхностного слоя рабочих органов из высокопрочного чугуна от электродугового разряда обратной полярности. При этом близлежащая зона не успевает нагреться до высоких температур. При последующем контакте электрода с поверхностью изделия дуга прерывается, имеет место короткое замыкание в зоне контакта электрода с обрабатываемой поверхностью и резкое уменьшение теплового потока в изделие, что обеспечивает быстрый отвод тепла с обработанной поверхности на основную массу рабочего органа, что приводит к образованию ледебурита (отбелу).The use of a pulsating arc provides control of the heating of the treated surface, since intense heating of the surface occurs only in a short period when the electrode is at a predetermined distance from the treated surface and stops when the electrode is in contact with the treated surface of the product. In the discharge zone, the surface layer of the working bodies of high-strength cast iron is rapidly heated from an electric arc discharge of reverse polarity. At the same time, the nearby zone does not have time to warm up to high temperatures. Upon subsequent contact of the electrode with the surface of the product, the arc is interrupted, there is a short circuit in the zone of contact of the electrode with the treated surface and a sharp decrease in heat flux into the product, which ensures rapid heat removal from the treated surface to the main body of the working body, which leads to the formation of ledeburite )

Упрочнение образцов из чугуна ВЧ60 созданием на их поверхности отбеленного слоя, состоящего из цементитной эвтектики - ледебурита, осуществлялось локальным быстрым нагревом до расплавления металла при электродуговом нагреве вольфрамовым электродом. Основная масса металла оставалась холодной. Поэтому после отключения источника тепла тонкий расплавленный поверхностный слой вследствие интенсивного теплоотвода на большую холодную массу затвердевал с сильным переохлаждением относительно эвтектического солидуса с образованием ледебурита.Hardening of VCh60 cast iron samples by creating a bleached layer on their surface, consisting of cementite eutectic - ledeburite, was carried out by local rapid heating until the metal melted during electric arc heating with a tungsten electrode. The bulk of the metal remained cold. Therefore, after the heat source was turned off, the thin molten surface layer solidified due to intense heat removal to a large cold mass with strong supercooling relative to the eutectic solidus with the formation of ledeburite.

Микротвердость отбеленного ледебуритного слоя Н50 - 10210±1403 МПа. Глубина отбеленного слоя 1,2-1,4 мм.The microhardness of the bleached ledeburite layer H50 is 10210 ± 1403 MPa. The depth of the bleached layer is 1.2-1.4 mm.

Предлагаемые в изобретении параметры перемещения электрода вдоль обрабатываемой поверхности обеспечивает необходимый размер зоны упрочнения в одном цикле обработки, чтобы получать непрерывную полосу упрочненной поверхности изделия из высокопрочного чугуна ВЧ 60.Proposed in the invention, the parameters of the movement of the electrode along the machined surface provides the necessary size of the hardening zone in one processing cycle to obtain a continuous strip of the hardened surface of the product from high-strength cast iron VCh 60.

Примеры конкретного выполненияCase Studies

Пример 1Example 1

Упрочняли лезвия рабочих органов орудий для разработки почвогрунтов с использованием плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом и упрочняемой поверхностью с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности пульсирующей дугой. Упрочнялись поверхности рабочих органов из высокопрочного чугуна ВЧ 60 состава в %: С - 3.4, Si - 2.7, Mn - 0.7, Ni - 0.2, S - 0.015, Р - 0.05, Cr - 0.1, Cu - 0.2, Fe - остальное, в качестве электрода использовали вольфрамовый электрод, который осуществлял осевые продольные колебания с частотой 3 Гц и перемещался по упрочняемой поверхности со скоростью 0,4 см/с. Время контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью при каждом контакте составляло 0,08 с. Получали ледебуритный слой глубиной 1,2-1,3 мм, что обеспечивало повышение износостойкости при проведении лабораторных испытаний. При эксплуатации рабочих органов, упрочненных по заявленному способу, выявилось, что используемые рабочие органы характеризовались повышенной износостойкостью лезвий по сравнению с неупрочненными. Упрочненные долота чизельных плугов отработали на 22% больше, лемехи плугов на 29% больше в гектарах, чем те же рабочие органы без упрочнения.Hardened the blades of the working bodies of tools for developing soil using an arc discharge plasma of reverse polarity between the electrode and the hardened surface with the electrode moving along the hardened surface with a pulsating arc. The surfaces of working bodies of high-strength cast iron of HF 60 composition were hardened in%: С - 3.4, Si - 2.7, Mn - 0.7, Ni - 0.2, S - 0.015, Р - 0.05, Cr - 0.1, Cu - 0.2, Fe - the rest, in The electrode used was a tungsten electrode, which carried out axial longitudinal vibrations with a frequency of 3 Hz and moved along the hardened surface at a speed of 0.4 cm / s. The contact time of the tungsten electrode with the hardened surface at each contact was 0.08 s. A ledeburite layer was obtained with a depth of 1.2-1.3 mm, which ensured an increase in wear resistance during laboratory tests. When operating the working bodies, hardened according to the claimed method, it was revealed that the used working bodies were characterized by increased wear resistance of the blades compared to unstressed. Hardened chisel plow bits worked out 22% more, plowshares were 29% more in hectares than the same working bodies without hardening.

Пример 2Example 2

Упрочняли лезвия рабочих органов орудий для разработки почвогрунтов с использованием плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом и упрочняемой поверхностью с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности пульсирующей дугой. Упрочнялись поверхности рабочих органов из высокопрочного чугуна ВЧ 60 состава в %: С - 3.4, Si - 2.7, Mn - 0.7, Ni - 0.2, S - 0.015, Р - 0.05, Cr - 0.1, Cu-0.2, Fe - остальное, в качестве электрода использовали вольфрамовый электрод, который осуществлял осевые продольные колебания с частотой 5 Гц и перемещался по упрочняемой поверхности со скоростью 1,5 см/с. Время контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью при каждом контакте составляло 0,09 с. Получали ледебуритный слой глубиной 1,3-1,4 мм, что обеспечивало повышение износостойкости при проведении лабораторных и производственных испытаний. При эксплуатации рабочих органов, упрочненных по заявленному способу, выявилось, что используемые рабочие органы характеризовались повышенной износостойкостью лезвий по сравнению с неупрочненными. Упрочненные долота чизельных плугов отработали на 22% больше, лемехи плугов на 29% больше в гектарах, чем те же рабочие органы без упрочнения.Hardened the blades of the working bodies of tools for developing soil using an arc discharge plasma of reverse polarity between the electrode and the hardened surface with the electrode moving along the hardened surface with a pulsating arc. The surfaces of working bodies of high-strength cast iron of HF 60 composition were hardened in%: С - 3.4, Si - 2.7, Mn - 0.7, Ni - 0.2, S - 0.015, Р - 0.05, Cr - 0.1, Cu-0.2, Fe - the rest, in A tungsten electrode was used as an electrode, which carried out axial longitudinal vibrations with a frequency of 5 Hz and moved along the hardened surface at a speed of 1.5 cm / s. The contact time of the tungsten electrode with the hardened surface at each contact was 0.09 s. Received a ledeburite layer with a depth of 1.3-1.4 mm, which provided increased wear resistance during laboratory and production tests. When operating the working bodies, hardened according to the claimed method, it was revealed that the working bodies used were characterized by increased wear resistance of the blades compared to unstressed. Hardened chisel plow bits worked out 22% more, plowshares were 29% more in hectares than the same working bodies without hardening.

Таким образом, заявленный способ упрочнения режущей части рабочих органов обеспечивает получение заданной стабильной глубины ледебуритного слоя глубиной 1,2-1,4 мм, повышение износостойкости лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий из высокопрочного чугуна ВЧ 60.Thus, the claimed method of hardening the cutting part of the working bodies provides a predetermined stable depth of the ledeburite layer with a depth of 1.2-1.4 mm, increasing the wear resistance of the blades of the working bodies of soil tillage implements from high-strength cast iron VCh 60.

Claims (1)

Способ упрочнения лезвий рабочих органов орудий для разработки почвогрунтов, включающий использование плазмы дугового разряда обратной полярности между электродом и упрочняемой поверхностью с перемещением электрода вдоль упрочняемой поверхности, при этом упрочнение осуществляют пульсирующей дугой, отличающийся тем, что осуществляют упрочнение режущей части лезвий рабочих органов, выполненных из высокопрочного чугуна ВЧ 60 следующего состава, мас. %: С - 3,4, Si - 2,7, Mn - 0,7, Ni - 0,2, S - 0,015, Р - 0,05, Cr - 0,1, Cu - 0,2, Fe - остальное, с использованием вольфрамового электрода, при этом осуществляют осевые продольные колебания электрода с частотой 3-5 Гц и его перемещение по упрочняемой поверхности со скоростью 0,4-1,5 см/с, причем время каждого контакта вольфрамового электрода с упрочняемой поверхностью составляет 0,08-0,09 с.A method of hardening the blades of the working bodies of tools for developing soil, comprising using a plasma of an arc discharge of opposite polarity between the electrode and the hardened surface with the movement of the electrode along the hardened surface, wherein hardening is carried out by a pulsating arc, characterized in that the cutting part of the blades of the working bodies made of ductile iron HF 60 of the following composition, wt. %: C - 3.4, Si - 2.7, Mn - 0.7, Ni - 0.2, S - 0.015, P - 0.05, Cr - 0.1, Cu - 0.2, Fe - the rest using a tungsten electrode, while axial longitudinal vibrations of the electrode are carried out with a frequency of 3-5 Hz and its movement along the hardened surface at a speed of 0.4-1.5 cm / s, and the time of each contact of the tungsten electrode with the hardened surface is 0 , 08-0.09 s.