RU2800422C1

RU2800422C1 - Method for hardening the soil-cultivating lancet share

Info

Publication number: RU2800422C1
Application number: RU2022130932A
Authority: RU
Inventors: Константин Николаевич Полещенко; Павел Викторович Орлов; Виктор Викторович Федосов; Петр Борисович Гринберг; Вячеслав Геннадьевич Чуранкин
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-07-21

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: method for hardening a tillage lancet share includes heat treatment and formation of a hardened layer on the working surfaces of the lancet share, which is performed in the form of a multilayer coating applied in stages. The coating layer adjacent to the working surfaces is selected from the group of self-fluxing powder materials, the subsequent coating layer is selected from the group of powder ceramic materials, and the outer coating layer is selected from the group of nanostructured materials based on titanium carbides and/or nitrides. The process of step-by-step hardening treatment is carried out in the following sequence: a layer of self-fluxing powder material with a thickness of 0.4-0.5 mm is applied to the lower working surface; heat treatment of the lancet share and melting of the applied layer is performed in a single cycle; then a transitional non-melting layer of self-fluxing powder material with a thickness of 0.04-0.06 mm is applied to the upper working part; after that, a layer of powdered ceramic material with a thickness of 0.3-0.4 mm and a layer of nanostructured material with a thickness of 8-12 mcm are successively applied to the lower and upper working parts; each subsequent layer of the hardening coating, starting from the material of the skeleton of the lancet share, is made with increased hardness in relation to the underlying one. Before applying reinforcing layers on the working surfaces of the core and on subsequent layers, their surfaces are activated by creating a developed surface on them.

EFFECT: increased service life of tillage organs, improved quality of tillage, and reduced fuel consumption by tillage equipment.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технологии изготовления почвообрабатывающих рабочих органов сельхозтехники, преимущественно к технологии их упрочнения.The invention relates to a technology for the manufacture of soil-cultivating working bodies of agricultural machinery, mainly to the technology of their hardening.

Известен способ изготовления рабочих органов (патент RU 2309987), включающий формирование рабочего органа с выполнением режущих кромок, наплавку упрочняющего слоя толщиной до 5 мм вдоль нижней поверхности режущей кромки, термообработку с высоким отпуском, полирование верхней поверхности режущей кромки со скруглением режущих кромок и азотирование рабочего органа в течение 8-10 часов с получением поверхностной твердости рабочего органа в пределах 55-62 HRC.A known method for the manufacture of working bodies (patent RU 2309987), including the formation of the working body with the implementation of cutting edges, hardfacing of a reinforcing layer up to 5 mm thick along the lower surface of the cutting edge, heat treatment with high tempering, polishing the upper surface of the cutting edge with rounding of the cutting edges and nitriding of the working body within 8-10 hours to obtain a surface hardness of the working body in the range of 55-62 HRC.

Недостатки известного способа заключаются следующем. Слой наплавки до 5 мм увеличивает толщину режущей части, что ведет к увеличению мощности тягового органа, расхода топлива и нарушению агротехнических рекомендаций, допускающих толщину режущих кромок не выше 1,2-1,6 мм. При большей толщине начинается активное разрушение почвы, приводящее к снижению урожая. Реальный ресурс рабочих органов почвообрабатывающей сельхозтехники, стрельчатых лап, рыхлителей, долот, борон, дисков определяется, прежде всего, не износом рабочих органов, а состоянием обработанного почвенного слоя. Кроме того, азотирование сталей, увеличивая поверхностную твердость, снижает их коррозионную стойкость, поэтому азотирование не рекомендуется для сталей, работающих во влажной среде, какой является обрабатываемая почва. Также надо отметить, что азотированию подвергают стали, содержащие в составе не менее 1% алюминия, на других сталях и при любых методах азотирования удается получить азотированный слой глубиной не более 0,1 мм, при этом твердость основного материала снижается.The disadvantages of the known method are as follows. The surfacing layer up to 5 mm increases the thickness of the cutting part, which leads to an increase in the power of the traction body, fuel consumption and violation of agricultural recommendations that allow the thickness of the cutting edges to be no higher than 1.2-1.6 mm. With a greater thickness, active destruction of the soil begins, leading to a decrease in yield. The real resource of the working bodies of soil-cultivating agricultural machinery, lancet shares, rippers, chisels, harrows, disks is determined, first of all, not by the wear of the working bodies, but by the state of the cultivated soil layer. In addition, nitriding of steels, by increasing the surface hardness, reduces their corrosion resistance, so nitriding is not recommended for steels operating in a humid environment, such as cultivated soil. It should also be noted that steels containing at least 1% aluminum are subjected to nitriding, on other steels and with any nitriding methods, it is possible to obtain a nitrided layer with a depth of not more than 0.1 mm, while the hardness of the base material decreases.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в увеличении ресурса почвообрабатывающих органов при соблюдении агротехнических требований к почвообработке.The problem solved by the invention is to increase the resource of tillage organs while observing the agrotechnical requirements for tillage.

Решение поставленной задачи достигается сочетанием известных признаков, заключающихся в том, что способ упрочнения почвообрабатывающих органов сельхозтехники включает известные признаки, заключающиеся в том, что способ включает термообработку и формирование упрочненного слоя на рабочих поверхностях рабочего органа, и новых признаков, заключающихся в том, что упрочненный слой на рабочих поверхностях выполняют в виде поэтапно наносимого многослойного покрытия. Причем прилегающий к рабочим поверхностям слой покрытия выбирают из группы самофлюсующихся порошковых материалов, последующий слой покрытия выбирают из группы наноструктурных материалов преимущественно на основе карбидов и (или) нитридов титана, а процесс поэтапной упрочняющей обработки ведут в следующей последовательности: на нижнюю рабочую поверхность наносят слой покрытия из самофлюсующегося порошкового материала толщиной 0,4-0,5 мм, производят термообработку рабочего органа и оплавление нанесенного слоя в едином цикле, затем на верхнюю рабочую часть наносят переходный неоплавляемый слой из самофлюсующегося порошкового материала толщиной 0,04-0,06 мм, после чего на нижнюю и верхнюю рабочие части наносят последовательно слой из порошкового керамического материала толщиной 0,3-0,4 мм и слой из наноструктурного материала толщиной 8-12 мкм. При этом каждый последующий слой упрочняющего покрытия, начиная от материала остова рабочего органа, выполняется с повышенной твердостью по отношению к нижележащему, а перед нанесением упрочняющих слоев на рабочие поверхности остова и на последующие слои, их поверхности активируют путем создания на них развитой поверхности.The solution of this problem is achieved by a combination of well-known features, consisting in the fact that the method of hardening the soil-cultivating organs of agricultural machinery includes known features, which consists in the fact that the method includes heat treatment and the formation of a hardened layer on the working surfaces of the working body, and new features, consisting in the fact that the hardened the layer on the working surfaces is made in the form of a multilayer coating applied in stages. Moreover, the coating layer adjacent to the working surfaces is selected from the group of self-fluxing powder materials, the subsequent coating layer is selected from the group of nanostructured materials mainly based on titanium carbides and (or) nitrides, and the process of step-by-step hardening treatment is carried out in the following sequence: a coating layer is applied to the lower working surface from self-fluxing powder material with a thickness of 0.4-0.5 mm, heat treatment of the working body and melting of the applied layer are carried out in a single cycle, then a transitional non-melting layer of self-fluxing powder material with a thickness of 0.04-0.06 mm is applied to the upper working part, after whereby a layer of powdered ceramic material with a thickness of 0.3-0.4 mm and a layer of nanostructured material with a thickness of 8-12 μm are successively applied to the lower and upper working parts. In this case, each subsequent layer of the hardening coating, starting from the material of the core of the working body, is made with increased hardness in relation to the underlying one, and before applying the hardening layers to the working surfaces of the core and to subsequent layers, their surfaces are activated by creating a developed surface on them.

Новые признаки позволяют достичь высокого ресурса за счет оптимизации толщины, твердости и последовательного расположения упрочняющих износостойких слоев покрытия, высокой адгезии слоев покрытий по отношению к материалу основы и друг к другу, а также исключить присущие толстым покрытиям явления растрескивания, отшелушивания, интенсивного износа в процессе приработки. Кроме того, надо отметить, что высокий ресурс почвообрабатывающих органов, обеспечивая стабильность режущих свойств в течении всего времени работы, исключает разрушение плодоносного слоя почвы. При этом обеспечивается стабильность расхода топлива, возможность работы почвообрабатывающей техники на оптимальных скоростях и с оптимальными энергетическими затратами, что в итоге приводит к снижению затрат на сельхозпродукцию и повышению урожайности.New features make it possible to achieve a high service life by optimizing the thickness, hardness and sequential arrangement of hardening wear-resistant coating layers, high adhesion of coating layers with respect to the base material and to each other, as well as eliminating the phenomena of cracking, peeling, and intense wear during running-in inherent in thick coatings. . In addition, it should be noted that the high resource of tillage organs, ensuring the stability of cutting properties throughout the entire time of work, excludes the destruction of the fertile soil layer. This ensures the stability of fuel consumption, the possibility of operating tillage equipment at optimal speeds and with optimal energy costs, which ultimately leads to a reduction in the cost of agricultural products and an increase in productivity.

Способ изготовления почвообрабатывающих органов сельхозтехники рассматривается на примере изготовления стрельчатой лапы посевного комплекса “Омичка-1”, где на фиг.1 изображена стрельчатая лапа - вид сверху. На фиг.2 показан разрез по АА фиг.1. На фиг.3 обозначена последовательность нанесения слоев покрытия на верхнюю рабочую часть. На фиг.4 обозначена последовательность нанесения слоев покрытия на нижнюю рабочую часть. Стрельчатая лапа (фиг.1), остов которой выполнен из стали 65Г, содержит крылья 2, носок 3, присоединительную часть 4 и режущие кромки 5 с прилегающими к ним нижней 6 и верхней 7 рабочими поверхностями. На нижней рабочей поверхности 6 создают путем абразивной дробеструйной обработки развитую поверхность для увеличения прочности механического зацепления между материалом остова рабочего органа и наносимым покрытием, наносят покрытие 8 из смеси самофлюсующихся порошковых материалов ПН85-1015 и ПРН70Х17С4Р4 толщиной 0,4-0,5 мм на ширине рабочей поверхности, производят термообработку стрельчатой лапы и оплавление нанесенного покрытия в едином цикле термообработки. Затем на верхней рабочей поверхности создают развитую поверхность и наносят на нее переходный слой 9 из самофлюсующихся порошков вышеупомянутого состава толщиной 0,04-0,06 мм, после чего на верхней и нижней рабочих поверхностях создают вышеупомянутым способом развитые поверхности и наносят на них слои 10 и 11 из порошкового керамического материала на основе Al₂0₃ одинаковой толщины порядка 0,2-0,3 мм. Затем активируют нанесённое керамическое покрытие и наносят на него наноструктурное покрытие 12 и 13 на основе карбида титана TiC, толщиной порядка 8-12 нм.The method of manufacturing soil-cultivating bodies of agricultural machinery is considered on the example of the manufacture of the lancet paw of the sowing complex "Omichka-1", where figure 1 shows the lancet paw - top view. Figure 2 shows a section along the AA of figure 1. Figure 3 shows the sequence of applying layers of coating on the upper working part. Figure 4 shows the sequence of applying layers of coating on the lower working part. Lancet paw (figure 1), the skeleton of which is made of steel 65G, contains the wings 2, the toe 3, the connecting part 4 and the cutting edges 5 adjacent to the lower 6 and upper 7 working surfaces. On the lower working surface 6, a developed surface is created by abrasive shot-blasting to increase the strength of mechanical engagement between the material of the working body core and the applied coating, coating 8 is applied from a mixture of self-fluxing powder materials PN85-1015 and PRN70X17S4R4 with a thickness of 0.4-0.5 mm in width working surface, heat treatment of the lancet paw and melting of the applied coating in a single heat treatment cycle. Then, a developed surface is created on the upper working surface and a transition layer 9 is applied to it from self-fluxing powders of the above composition with a thickness of 0.04-0.06 mm, after which developed surfaces are created on the upper and lower working surfaces in the above way and layers 10 are applied to them and 11 made of powdered ceramic material based on Al ₂ 0 ₃ with the same thickness of about 0.2-0.3 mm. Then the applied ceramic coating is activated and a nanostructured coating 12 and 13 is applied to it based on titanium carbide TiC, with a thickness of about 8-12 nm.

Для создания самофлюсующегося и керамического покрытий использовалась установка плазменного нанесения покрытий УПУ-3Д с плазмотроном НИИД-2, а для нанесения наноструктурного покрытия использовалась ионно-плазменная установка ННВ-6.6-И1.To create self-fluxing and ceramic coatings, a UPU-3D plasma coating installation with a NIID-2 plasma torch was used, and an NNV-6.6-I1 ion-plasma installation was used to apply a nanostructured coating.

Твердость между слоями покрытий и материалом основы распределяется следующим образом. На нижней рабочей поверхности твёрдость материала основы составляет порядка 43-48 HRCэ, самофлюсующегося оплавленного слоя – порядка 58-62HRCэ, керамического слоя – порядка 65-70HRCэ, наноструктурного слоя – порядка 80-85HRCэ. На верхней поверхности значения твёрдости материала основы составляет порядка 43-48HRCэ, переходного слоя порядка 48-55HRCэ, керамического слоя порядка 65-70HRCэ, наноструктурного слоя порядка 80-85HRCэ.The hardness between the coating layers and the base material is distributed as follows. On the lower working surface, the hardness of the base material is about 43-48 HRCe, the self-fluxing fused layer is about 58-62HRCe, the ceramic layer is about 65-70HRCe, the nanostructured layer is about 80-85HRCe. On the upper surface, the hardness values of the base material are about 43-48HRCe, the transition layer is about 48-55HRCe, the ceramic layer is about 65-70HRCe, the nanostructured layer is about 80-85HRCe.

Выполненные в соответствии с предложенным способом упрочнения стрельчатые лапы прошли испытания на полях Омской области в 5 фермерских хозяйствах. Стрельчатые лапы устанавливались на посевные агрегаты СКП-2.1 «Омичка» и «Джон Дир». Сравнение по износу стандартно применяемых фермерами лап и предложенных показало, что износ рабочих поверхностей у предложенных лап в 2-3 раза ниже, чем у лап фирмы «Джон Дир», и в 3-6 раз ниже, чем у лап «Омичка». Кроме того, было отмечено высокое качество обработки почвы, снижение расхода топлива на протяжении всего времени работы лап и возможность дальнейшего их использования.The lancet paws made in accordance with the proposed method of hardening were tested in the fields of the Omsk region in 5 farms. Lancet paws were installed on the sowing units SKP-2.1 "Omichka" and "John Deere". Comparison of the wear of the paws standardly used by farmers and the proposed ones showed that the wear of the working surfaces of the proposed paws is 2-3 times lower than that of the John Deere paws, and 3-6 times lower than that of the Omichka paws. In addition, it was noted the high quality of tillage, reduced fuel consumption throughout the entire operation of the paws and the possibility of their further use.

Claims

Способ упрочнения почвообрабатывающей стрельчатой лапы, включающий термообработку и формирование упрочненного слоя на рабочих поверхностях стрельчатой лапы, отличающийся тем, что упрочненный слой на рабочих поверхностях выполняют в виде поэтапно наносимого многослойного покрытия, причем прилегающий к рабочим поверхностям слой покрытия выбирают из группы самофлюсующихся порошковых материалов, последующий слой покрытия выбирают из группы порошковых керамических материалов, а внешний слой покрытия выбирают из группы наноструктурных материалов на основе карбидов и/или нитридов титана, а процесс поэтапной упрочняющей обработки ведут в следующей последовательности: на нижнюю рабочую поверхность наносят слой из самофлюсующегося порошкового материала толщиной 0,4-0,5 мм, производят термообработку стрельчатой лапы и оплавление нанесенного слоя в едином цикле, затем на верхнюю рабочую часть наносят переходный неоплавляемый слой из самофлюсующегося порошкового материала толщиной 0,04-0,06 мм, после чего на нижнюю и верхнюю рабочие части наносят последовательно слой из порошкового керамического материала толщиной 0,3-0,4 мм и слой из наноструктурного материала толщиной 8-12 мкм, при этом каждый последующий слой упрочняющего покрытия, начиная от материала остова стрельчатой лапы, выполняется с повышенной твердостью по отношению к нижележащему, а перед нанесением упрочняющих слоёв на рабочие поверхности остова и на последующие слои, их поверхности активируют путем создания на них развитой поверхности.A method for hardening a soil-cultivating lancet share, including heat treatment and the formation of a hardened layer on the working surfaces of the lancet share, characterized in that the hardened layer on the working surfaces is made in the form of a multilayer coating applied in stages, and the coating layer adjacent to the working surfaces is selected from the group of self-fluxing powder materials, followed by the coating layer is selected from the group of powder ceramic materials, and the outer coating layer is selected from the group of nanostructured materials based on titanium carbides and/or nitrides, and the process of step-by-step hardening treatment is carried out in the following sequence: a layer of self-fluxing powder material with a thickness of 0 is applied to the lower working surface, 4-0.5 mm, heat treatment of the lancet paw and melting of the applied layer in a single cycle, then a transitional non-melting layer of self-fluxing powder material with a thickness of 0.04-0.06 mm is applied to the upper working part, after which the lower and upper working parts a layer of powdered ceramic material with a thickness of 0.3-0.4 mm and a layer of nanostructured material with a thickness of 8-12 microns are successively applied, while each subsequent layer of the hardening coating, starting from the material of the skeleton of the lancet paw, is made with increased hardness in relation to the underlying , and before applying the reinforcing layers on the working surfaces of the core and on subsequent layers, their surfaces are activated by creating a developed surface on them.