ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Наиболее уязвимой частью рабочих органов для поверхностной обработки почвы и, прежде всего, культиваторов являются рабочие лезвия, которые под действием абразивной среды, имеющейся в составе почв, быстро притупляются (изнашиваются). Вследствие этого тяговое сопротивление почвообрабатывающего орудия возрастает, Обычно рабочие органы изготавливаются из высокоуглеродистых сталей, которые, как известно, после термоупрочнения имеют повышенную твердость. Широко распространена наплавка режущих лезвий высокопрочным сплавом типа сормайт. Однако высокоуглеродистые стали имеют неудовлетворительную свариваемость и не склонны к наплавке, как разновидности сварки. Поэтому после наплавки сормайтом (его механически обработать практически невозможно) рабочее лезвие имеет неравномерную толщину, рванины, трещины и т.п. Хотя срок службы наплавленных лезвий формально повышается, но тяговое сопротивление увеличивается, сорняки полностью не подрезаются, часть из них захватывается рванинами и волочится вместе с рабочим органом.

Проводили экспериментальное исследование по лазерному упрочнению рабочих лезвий рабочих органов почвообрабатывающих орудий, в частности культиваторов. Исследования проводили на образцах из следующих материалов:

1) высокоуглеродистая сталь 70 с различными видами термоупрочнения, в том числе лазерным;

2) высокоуглеродистая легированная сталь 65Г (широко применяется для почвообрабатывающих рабочих органов) с различными видами упрочнения, в том числе с износостойким напылением и лазерным упрочнением;

3) инструментальная (быстрорежущая) сталь Р6М5, термоупрочненная обычным способом.

Для испытания стали 70 использовали стандартную машину трения, при этом в зону трения добавляли гидроабразив (испытания проводили в ВолгГТУ). Для испытания остальных образцов была создана специальная установка, в которой больше учитывались условия эксплуатации на почвах, в которых в определенных количествах присутствует абразив в виде песка. Поскольку испытания квалифицировались как ускоренные, то был создан экстремальный имитатор почвы из глины, песка и цемента, который представлял «брусок», полученный из названных ингредиентов после добавления воды, размешивания и сушки. Установка позволяла проводить испытания одновременно пяти образцов. Это не только ускоряло процесс испытаний, но и обеспечивало износ образцов в идентичных условиях. Величину износа определяли периодическим взвешиванием образцов на аналитических весах.

Образцы из стали 70 подвергались: обычной термообработке (закалка и отпуск на твердость ЮЧС 60); нормализация; закалка и последующая лазерная обработка; лазерное упрочнение «сырой» (незакаленной) стали. Установлено, что механические свойства закаленной и упрочненной лазером стали и «сырой», но упрочненной лазером, стали одинаковы. Это означает, что лазерное упрочнение не зависит от наличия или отсутствия предварительной традиционной термообработки. Следовательно, трудоемкая и экологически неблагоприятная операция закалки высокоуглеродистой стали перед лазерным упрочнением упраздняется. В результате лазерной обработки образуется «дорожка» определенной ширины, которую необходимо перекрывать при очередном проходе лазера.

Показатели лазерного упрочнения зависят от мощности излучений и скорости лазерной обработки. Для стали 70 и других высокоуглеродистых сталей установлены оптимальные режимы лазерной обработки: мощность - 0,7 кВт; фокусное расстояние - 300 мм; скорость обработки - 10,9 мм/с. Для этих параметров получены результаты лазерного упрочнения (рис. а): кривая 1 - микротвердость Нmзоны упрочнения, максимальное значение которой достигает 11700 МПа; кривая 2 - глубина зоны упрочненияі0,4 мм; кривая 3 - ширина зоны упрочнения»1,0 мм; кривая 4 - глубина зоны термического влияния»0,7 мм. Следует обратить внимание на аномально высокое значение микротвердости - при скорости обработки 10,9 мм/с Нm.- 11300 МПа. Это весьма высокий показатель, который не может не сказываться на износостойкости рабочего органа. При ускоренных испытаниях на упомянутой установке за базу сравнения приняты образцы из стали 65Г с твердостью НrС 45 после термообработки (рис. б, кривая 1). Широко используемое в машиностроении износостойкое напыление карбидами титана или бора, в условиях абразивного воздействия имеет даже несколько больший износ по сравнению с умеренно закаленной сталью (кривая 3). Лишь лазерная обработка той же стали 65Г существенно повышает твердость и снижает износ образца (кривая 2). Износостойкость этой стали после лазера повышается в 1,7-1,9 раза. Износостойкость термоупрочненной инструментальной стали Р6М5 (на рис. не показана) находится на уровне и несколько выше соответствующего показателя стали с лазерным упрочнением.

Таким образом, лазерная обработка почвообрабатывающих рабочих органов из высокоуглеродистых сталей дает высокий результат, По сравнению с обычной термooбpaбoткoй. Износостойкость повышается не менее, чем в 1,7 раза. При этом рабочее лезвие сохраняет геометрическую форму, что способствует снижению тягового сопротивления и более эффективному подрезанию сорняков.