CC BY
7
УДК 620.17
ДОСЛ1ДЖЕННЯ МАТЕР1АЛ1В ДЛЯ РВАЛЬНИХ НОЖ1В ДОРОЖНЬО-БУД1ВЕЛЬНИХ МАШИН
1.П. Гладкий, проф., к. т.н., В.П. Тарабанова, доц., к.т.н., Н.О. Лалазарова, доц., к.т.н., Харк1вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотац1я. Проанал1зовано умови роботи р1зальних елемент1в дорожнъо-буЫвелъних машин. Установлено зе'язок м1ж складом наплаелення та гг meepdicmw i знососттюстю. Досл1джено еплие бору на структуру та властивост1 наплаелення.
Ключов1 слова: meepdicmb, знососттюсть, структура, наплаелення, р^залъш елементи, бор.
ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РЕЖУЩИХ НОЖЕЙ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
И.П. Гладкий, проф., к.т.н., В.П. Тарабанова, доц., к.т.н., Н.А. Лалазарова, доц., к.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Проанализированы условия работы режущих элементов дорожно-строительных машин. Установлена взаимосвязь между составом наплавки, её твердостью и износостойкостью. Исследовано влияние бора на структуру и свойства наплавки.
Ключевые слова: твердость, износостойкость, структура, наплавка, режущие элементы, бор.
INVESTIGATION OF MATERIALS FOR CUTTING BLADES OF DIGGING-TRANSPORT MACHINES
I. Hladkyi, Prof., Ph. D. (Eng.), V. Tarabanova, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), N. La^arova, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. The operational conditions of cutting blades of digging-transport machines are analysed. The relationship between the composition of surfacing, its hardness and wear-resistance is determined. The influence of boron on the structure and properties of surfacing is investigated.
Key words: hardness, wear-resistance, structure, surfacing, cutting elements, boron.
Вступ
Пщвищення якосп й ефективносп дорож-ньо-буд1вельних машин забезпечуеться тд-вищенням зносостшкосп !х робочих оргашв, що взаемоддать ¿з середовищем - грунтами [1]. Для дорожньо-буд1вельних машин одш-ею з головних причин втрати працездатносп робочих оргашв е абразивне зношування, яке дуже часто супроводжуеться ударними навантаженнями. Забезпечення високо! зносостшкосп деталей е важливою умовою на-дшно1 роботи машин 1 отримання максимального економ1чного ефекту вщ !х використання.
Анал1з публжацш
Р1зальш елементи бульдозера - це середш та б1чш нож1, що кршляться до вщвалу. Нож1, яю використовують у процес1 розробки грунта 1 насипних матер1ал1в, працюють в умо-вах абразивного й ударно-абразивного зносу. Найбшьше поширення набула точка зору, що пояснюе абразивне зношування дряпальною д1ею абразивних частинок по поверхш мета-лу. 1.В. Крагельский вщзначае, що абразивне зношування вщбуваеться в трьох випадках: шд час м1крор1зання, пластично! деформацп, пружного контакту [2]. У процес1 взаемодп робочого органа з грунтовою масою вщбува-
еться абразивне зношування з багатократною пластичною деформащею поверхш металу, внаслщок якого спостер^аеться втомне руй-нування його поверхневого шару.
Довгов!чшсть робочого органа шд час робо-ти з грунтовою масою за П.Н. Львовом визна-чаеться зносостшюстю металу [3]. Установлена пряма залежнють зносостшкосп металу вщ його тверд остг 1з збшьшенням легування стал! карбщоутворювальними елементами ефектившсть И опору абразивному зношуван-ню шдвищуеться. За умови пружного контакту зносостшюсть металу залежить вщ модуля його пружносп, у випадку пластично! дефор-мацп - вщ вщносного подовження та твердости у раз! мкрор!зання - вщ твердостг Абразивне зношування пояснюеться зр1занням м1крооб'ем1в металу з поверхонь деталей [4].
У дослщженш [5] визначаеться процес абразивного зношування як сума великого числа елементарних процес1в дряпання. У робот! [6] пщкреслюеться прямий зв'язок м1ж зносостшюстю та тверд ¿стю.
Основними факторами, що визначають характер абразивного зношування в умовах удар-них навантажень робочих оргашв, е абразив-ш властивосп грунта 1 стушнь динам1чносп робочого процесу робочих оргашв [4]. Грунт е неоднорщною масою, частники яко!, як правило, округло! форми, мають р1зну мщ-шсть. Найбшьшу мщшсть мають зерна квар-цового п!ску - 8000-10000 МПа.
3 анал1зу публшацш можна зробити висно-вок, що для таких р1зальних елемент!в, як нож! бульдозер1в треба використовувати ма-тер1али, що повинш мати високу твердють поверхш й разом з тим достатньо високу ударну в'язюсть, що забезпечуе можливють приймати динам!чш навантаження.
Можна вважати, що оптимальним вар1антом у цих умовах може бути використання на-плавлення зносостшкими сплавами, яю вмь щують карбщоутворювальш елементи, необ-хщш для змщнення робочо! частини середшх нож1в, яю виготовляються з прокату стал! звичайно! якосп. Це дозволяе поеднати в'язку основу, яка приймае ударне навантаження, 1 високу твердють поверхш, що забезпечуе високу зносостшюсть.
Мета 1 постановка завдання
Метою дослщження е шдвищення зносостшкосп середшх нож1в, яю працюють в умовах абразивного зношування та ударних навантажень. Для досягнення ще! мети були поставлен! так! завдання: 1) пор!вняти властиво-ст! стандартних наплавлень ! вибрати ту, що мае найбшьшу тверд!сть ! зносост!йк!сть; 2) обгрунтувати виб!р х!м!чного складу ! структури наплавлення.
Матер1ал та методики дослщжень
Досл!дження проводилися на стал! Ст3, яка вм!щуе невелику юльюсть вуглецю ! мае добру зварювашсть. Використання стал! Ст3 пор!вняно з !ншими сталями, з яких виготовляються р!зальн! елементи для дорожшх машин, дае переваги, пов'язаш з соб!вартю-тю матер!алу та здатшстю до пластично! деформаций
Для надання ножам високо! зносостшкосп на сталь Ст3 наносили наплавлення ОЗИ-1, ЕТН-4, КБХ-45, до складу яких входять так! легуюч! елементи, як марганець, хром, вольфрам, ванадш, що забезпечують утворення стшких карб!д!в та !нших надлишкових фаз з високою зносост!йк!стю (табл. 1).
Таблиця 1 Склад матер!ал!в для наплавлення робочих оргашв
с, % Мп, % Сг, % Т!, % А, % V, % В, % Fe,
ОЗИ-1 0,9 1 4,0 14 !нше
ЕТН-4 2 27 !нше
КБХ-45 3,6 23 2,8 шше
Тверд!сть вим!рювали на стац!онарному тве-рдом!р! Вккерса и1Т НУ-10/30/50. Досль дження зносостшкосп проводили на машин! тертя СМЦ-2 за схемою «ролик-колодочка». Розраховували вщносну зносост!йк!сть - за одиницю брали зносостшюсть стал! Ст3. Навантаження становило 10 кгс, час випробу-вання - 25 год. Середовище - п!щаний грунт та вода. Кшьюсть оберив - 120 об./хв. Метод вим!рювання зносу - вюовий.
Результаты дослщжень та Тх обговорення
Були проведен! дослщження твердосп та зносостшкосл наплавлень (табл. 1) на Ст3. Пстограми твердосп та зносостшкосл наведен! на рис. 1 1 2.
НУ 700
600 500 400 300 200 100
Сталь СтЗ
ОЗИ-1 ЕТН-4 КБХ-45
Рис. 1. Твердють наплавлень (пор1вняно ¿з СтЗ)
Я
о
О
я
ч
М
л
н
3
а «
1 -
Сталь ОЗИ-1 ЕТН-4 КБХ-45 СтЗ
Види наплавлень
Рис. 2. Вщносна зносостшкють наплавлень (пор1вняно ¿з СтЗ)
3 рисунюв видно, що найбшьшу твердють 1 вщносну зносостшкють мае наплавлення КБХ-45. Легування сплаву хромом (23 %) 1 велика кшькють вуглецю (3,6 %) сприяе утворенню надлишкових карбщв хрому типу М7С3, що р1вном1рно розташоваш в структур! ледебуриту [6, 7], карбоборид1в. До 50 % хрому вщ загально! кшькосл в сплав1 знахо-диться у твердому розчиш, що змшюе влас-тивосп основи сплаву.
Додаткове тдвищення твердосп та зносостшкосл досягаеться введениям бору. Зазви-чай конструкцшш стал1 легують бором у ду-же невеликих кшькостях для подр1бнення зерна 1 збшьшення прогартовуваносл. У на-плавленнях бор може утворювати дуже твер-д1 карбщи, бориди 1 карбобориди. Бор приз-водить до шдвищення твердосл, головним чином, за рахунок штерметалщ1в [7].
Однак збшьшення кшькосп бору 1 вуглецю суттево зменшуе ударну в'язкють, що негативно впливае на роботу нож1в бульдозер1в, яю працюють в умовах динам1чних наванта-жень [7]. У зв'язку з цим проводили досль дження структури 1 властивостей наплавлень на основ 1 КБХ-45, що мютять бор в десятих частках вщсотка, на стал1 Ст3. Наплавлення № 1 вмщуе 0,35 %, № 2 - 0,60 %, № 3 -0,75 % бору.
Анал1з мшроструктури наплавлень (рис. 3) показав, що з1 збшьшенням вмюту бору структура стае бшьш дисперсною, карбщи др1бшшими. 1з збшьшенням вмюту бору твердють шдвищуеться (рис. 4) за рахунок утво-рення твердих карбоборид1в та штерметаль д1в, а також подр1бнення структури та шдвищення И однорщносл [7, 8].
а б в
Рис. 3. Мшроструктура наплавлень: а - № 1; б - № 2; в - № 3, х250
700
> Ж
н 650 .
'й с. и со
Н
600
Наплавлення Наплавлення Наплавлення
№1 №2 №3
Рис. 4. Твердють наплавлень № 1, № 2 1 № 3
31 збшьшенням вмюту бору зменшуеться кь лькють в'язкого аустешту (рис. 5), що також сприяе тдвищенню твердосл наплавлення.
Рис. 5. Залежнють кшькосп аустешту вщ вмюту бору
Твердють наплавлення ¿з вмютом бору 0,8 % менша, шж ¿з вмютом бору 2,8 %, але не сут-тево (рнс. 1 1 4). Таким чином, можна реко-мендувати для наплавлення з метою шдви-щення зносостшкосп сплави, яю мютять хром, зал1зо, вуглець I близько 1 % бору, що сприяе отриманню високо! твердосп за раху-нок дп р1зних чинниюв - змщнення основи, отримання надлишкових фаз у вигляд1 кар-боборид1в, штерметалщ1в, подр1бнення стру-ктури та зменшення юлькосп аустешту за-мють наплавлення КБХ-45, що вмщуе велику юльюсть бору 1 мае значну крихюсть. Зменшення юлькосп бору призведе до збь льшення ударно! в'язкосп.
Висновки
Пор1вняльш випробування стандартних на-плавлень, що наносили на сталь Ст3, показали, що найбшьшу твердють 1 зносостшюсть мае наплавлення КБХ-45.
Високий р1вень експлуатацшних властивос-тей наплавлення КБХ-45 забезпечуеться вмь стом велико! юлькосп вуглецю та хрому, а також додаванням бору.
Дослщження впливу юлькосп бору на властивосп наплавлень показали, що ¿з збшь-шенням його вмюту твердють зростае.
Легування наплавлення бором у юлькосп до 1 % сприяе змщненню основи сплаву, утво-ренню твердих надлишкових фаз - карбщв, борид1в та штерметаладв, подр1бненню структури, зменшенню юлькосп аустешту 1 може бути рекомендовано замють матер1алу для наплавлення КБХ-45.
Зменшення вмюту бору дозволяе зберегти на достатньому р1вш ударну в'язюсть наплав-
лення, що е важливим в умовах ударних на-вантажень.
Лггература
1. Рейш А.К. Повышение износостойкости
строительных и дорожных машин /
A.К. Рейш. - М.: Машиностроение, 1986. - 184 с.
2. Крагельский И.В. Основы расчетов на тре-
ние и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. - М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.
3. Львов П. Н. Основы абразивной износо-
стойкости деталей строительных машин / П.Н. Львов. - М.: Стройиздат, 1970. -72 с.
4. Икрамов И.В. Износ основных деталей
дорожных машин / И.В. Икрамов. - М.: Машиностроение, 1976. - 436 с.
5. Виноградов Г. В. Механизм сухого и гра-
ничного трения / Г.В. Виноградов. - М.: Машиностроение, 1969. - 357 с.
6. Технология конструкционных материалов
и материаловедение / И.П. Гладкий,
B.И. Мощенок, В.П. Тарабанова и др. -X.: ХНАДУ, 2014. - 528 с.
7. Петров И.В. Повышение долговечности
рабочих органов дорожных машин / И.В. Петров, И.К. Домбровская. - М.: Транспорт, 1970. - 104 с.
8. Попов С.Н. Микрорентгеноспектральные и
структурно-фазовые исследования Fe-C-Ti-B износостойких наплавочных сплавов / С.Н. Попов, Д.А. Антонюк, H.A. Редька // Вюник ДДМА. - 2010. -№2(19). - С. 229-234.
Рецензент: М.А. Подригало, професор, д.т.н., ХНАДУ.
