CC BY
1
• 7Liniversum.com
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_январь. 2025 г.
МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
DOI: 10.32743/UniTech.2025.130.1.19197
РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ МОДИФИКАЦИИ СТАЛЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И РЕСУРСА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН
Косимое Каримжон Зухриддинович
профессор (DSc), Андижанский машиностроительный институт, Узбекистан, г. Андижан Е-mail: qkosimov2812@gmail. com
Мансуров Мухторжон Тохиржонович
профессор (DSc),
Наманганский инженерно-строительный институт,
Узбекистан, г. Наманган Е-mail: ysh. andmi@gmail. com
Абдулхаев Хуршед Гафурович
профессор (DSc),
Наманганский инженерно-строительный институт,
Узбекистан, г. Наманган Е-mail: ysh. andmi@gmail. com
Йулдашев Шухратбек Хабибулло угли
доцент (PhD), Андижанский машиностроительный институт,
Узбекистан, г. Андижан Е-mail: ysh. andmi@gmail com
DEVELOPMENT OF METHODS FOR MODIFICATION OF STEELS TO INCREASE THE DURABILITY AND RESOURCE OF SOIL CULTIVATION MACHINES.
Karimjon Kosimov
Professor, ( DSc), Andijan machine-building institute, Uzbekistan, Andijan
Mukhtorzhon Mansurov
Professor, ( DSc), Namangan Civil Engineering Institute, Uzbekistan, Namangan
Khurshed Abdulkhaev
Professor, ( DSc), Namangan Civil Engineering Institute, Uzbekistan, Namangan
Shuhratbek Yuldashev
Assistant Professor, (PhD), Andijan machine-building institute, Uzbekistan, Andijan
Библиографическое описание: РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ МОДИФИКАЦИИ СТАЛЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И РЕСУРСА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Косимов К.З. [и др.]. 2025. 1(130). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/19197
• 7universum.com
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_январь. 2025 г.
АННОТАЦИЯ
В статье проанализированы методы модификации сталей, позволяющие получить материалы с повышенной прочностью и коррозионной стойкостью и проведена модификация выбранной в качестве объекта исследования стали 45Г путем термообработки с применением закалки от 860 °C в воду и масло. Исследование морфологии стали 45Г до и после проведения термической обработки проведено на металлографическом комплексе на базе микроскопа МИ1Т, а анализ изменения химического состава методом XPS на микроскопе Hitachi SEM, Zeiss.
ABSTRACT
The article analyzes steel modification methods that allow obtaining materials with increased strength and corrosion resistance, and modification of the 45G steel selected as the object of study was carried out by heat treatment using quenching from 860 °C in water and oil. The study of the morphology of 45G steel before and after heat treatment was carried out on a metallographic complex based on an MI1T microscope, and an analysis of changes in the chemical composition by the XPS method on a Hitachi SEM microscope, Zeiss.
Ключевые слова: сталь, термическая обработка, кристаллическая структура, морфология поверхности, механическая прочность, коррозионная стойкость.
Keywords: steel, heat treatment, crystal structure, surface morphology, mechanical strength, corrosion resistance.
Введение. Одной из важных проблем машиностроения является повышение долговечности деталей промышленных машин, недостаточная надежность которых способствует увеличению затрат на их эксплуатацию и ремонт. Качественное проведение технологических операций - основа получения высокой производительности, которая во многом определяется техническими характеристиками промышленных машин и орудий, что, в свою очередь, зависит от параметров и состояния рабочих деталей. Рабочие детали промышленных машин эксплуатируются в агрессивных условиях и вследствие изнашивания, изменяют размеры и форму, что негативно влияет на энергетические показатели технологических процессов. Вопросами повышения ресурса и работоспособности основных быстроизнашиваемых деталей занимаются во многих ведущих центрах мира [1]. Предложен ряд конструктивных и технологических решений по повышению долговечности и ресурса деталей промышленных машин и орудий. Однако, проблема повышения долговечности и работоспособности рабочих органов машин остается до настоящего времени актуальной и острой [2].
Всегда остро стоит проблема износа деталей в сельском хозяйстве. Это, в частности, выражается в понижении ресурса серийных лемехов плугов, лап культиваторов, дисков тяжелых борон и др. Для значительного повышения ресурса и работоспособности почворежущих рабочих деталей следует учитывать как конструктивные, так и технологические факторы, влияющие на работоспособность и износостойкость рабочих органов, так и прочностные свойства их материала. Поэтому актуальной становится задача разработки и применения эффективного метода обеспечения долговечности почвообрабатывающих рабочих органов сельскохозяйственных машин [3].
Анализ литературных данных позволил определить ряд теоретических и практических проблем по указанному направлению, которые до настоящего времени остаются нерешенными. Практически все рабочие детали почвообрабатывающих машин, используемых в сельском хозяйстве, изготавливаются из сталей 40, 45, Л53 и т.п. с последующей закалкой со средним отпуском или локальной закалкой ТВЧ.
Твердость материала у таких рабочих органов находится в пределах 37...43 единиц HRC, а коррозийная стойкость невысока [4]. На некоторых предприятиях Беларуси и Узбекистана, производящих почвообрабатывающие орудия и рабочие детали к ним, с целью повышения износостойкости применяется наплавка лезвий рабочих органов токами высокой частоты либо сварочным твердосплавным электродом марки Т-590. При этом качество наплавки (перегрев основы и сплава, микроструктура сплава) и выдержка технологических параметров у указанных методов оставляют желать лучшего. Конструктивные параметры упрочненных деталей у выпускаемых серийных рабочих органов также не всегда достаточно обоснованы, т. е. детали имеют пониженную металлографическую износостойкость. По сравнению с аналогичными рабочими органами ведущих зарубежных фирм («Лемкен» - ФРГ; «Квернеланд» - Норвегия; «Лэнд Корпор-эйнш» - США и др.) ресурс отечественных серийных деталей значительно ниже. У серийных рабочих органов почвообрабатывающих машин существует проблема прочности, связанная не только с поломками и деформациями детали, но и с ограничениями при совершенствовании конструкции новых деталей по параметрам работоспособности. Кроме наплавки, улучшить свойства сталей можно с помощью термообработки или вариации химического состава. Таким образом, для повышения ресурса почвообрабатывающих машин весьма актуальным является применение упрочняющих обработок.
Целью работы является разработка способов повышения механической прочности и коррозионной стойкости сталей путем наплавки и термической обработки для увеличения долговечности и ресурса деталей почвообрабатывающих машин [5].
Анализ и выбор методов модификации сталей, позволяющих получить материалы с повышенной прочностью и коррозионной стойкостью
Известно, что качество обработки почвы является основой для высокой урожайности в сельскохозяйственном производстве, которая зависит от технико-механических характеристик и состоя-
№ 1 (130)
ЛД1 i лл
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
январь, 2025 г.
ния рабочих органов машин, используемых в обработке почвы. Рабочие органы машин, используемые при обработке почвы, работают в абразивной среде почвы и изменяют свои размеры и форму в результате износа. Это отрицательно влияет на агротехнические и энергетические показатели почвообрабатывающих машин. Поэтому одним из наиболее актуальных вопросов является повышение долговечности быстро изнашиваемых деталей сельскохозяйственных машин, особенно рабочих органов почвообрабатывающих агрегатов, которые составляют большинство из них. Основным направлением увеличения ресурса лемехов является повышение износостойкости. Анализ исследований показывает, что затупляемость лемехов, износ и деформация отвала, износ полевой доски до 50% увеличивают тягового сопротивления плуга, что до 60% снижает производительность вспашки. Это, в свою очередь, приводит к увеличению расхода топлива до
20%, ухудшению качества обработки почвы, плохому уплотнению почвы и плохой заделки растительных остатков [6].
На первом этапе произведен выбор материала для проведения обработки с целью повышения долговечности и износостойкости деталей сельскохозяйственных машин. Для выбора объектов исследования были проанализированы 10 типов лемехов плугов, которые наиболее широко применяются при вспашке почвы, и изучены состав их материалов, а результаты проанализированы на соответствие требованиям стандарта (таблица 1). Известно, что плужные лемеха изготавливается из специальных стандартных сталей типов Л53 и Л65, а лезвие подвергается термообработке до определенной ширины (лемеха также могут быть изготовлены из легированных сталей, таких как ШХ15, 65Г, 60ХГ, 40Г2Р, 15Г2С).
Таблица 1.
Химический состав материалов образцов по результатам спектрального анализа
№ образца С Si Mn P S Cr Mo Ni Cu Соответствующая к этому составу марка стали
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 0,45 0,19 0,71 0,039 0,031 0,04 0,01 0,08 0,13 45
2 0,33 0,56 0,30 0,034 0,042 0,32 0,01 0,10 0,19 30
3 0,18 0,18 0,47 0,019 0,004 0,09 0,01 0,10 0,19 Ст3сп
4 0,55 0,30 0,65 0,019 0,029 0,07 0,01 0,09 0,12 55
5 0,19 0,51 1,31 0,021 0,023 0,06 0 0,07 0,11 20ГС
6 0,43 0,32 0,86 0,024 0,027 0,05 0.004 0,06 0,12 45Г
7 0,35 0,22 1,21 0,018 0,003 0,14 0,004 0,04 0,01 30Г
8 0,45 0,16 1,15 0,024 0,002 0,33 0,003 0,04 0,02 45Г
9 0,33 0,18 1,28 0,019 0,017 0,23 0,01 0,06 0,06 30Г
10 0,75 0,03 0,73 0,017 0,003 0,28 0,003 0,03 0,02 75ГА
Из перечисленных в таблице сталей в качестве объекта исследования для проведения модификации выбрана сталь 45Г. По своим механическим свойствам сталь 45Г превосходит многие известные конструкционные сплавы. Благодаря характеристикам применение стали 45Г затрагивает многие сферы, в частности, машиностроение. Свойства стали 45Г определяют ее преимущества:
• при большом функционале материал отличается вполне доступной ценой;
• благодаря небольшой плотности конструкции получаются достаточно легкими;
• хорошо поддается механической обработке;
• характеризуется высоким пределом износоустойчивости и прочности [7].
Анализ методов модификации сталей, позволя-
ющих получить материалы с повышенной прочностью и коррозионной стойкостью, показал, что основными направлениями увеличения ресурса лемехов плугов являются наплавка, проведение термической обработки или вариация химического состава. Исследования белорусской стороны были сосредоточены на улучшении механических свойств стали 45Г с помощью термической обработки.
Для улучшения физико-механических свойств стали 45Г применяются разнообразные режимы термической обработки, в ходе которых происходит структурная перестройка кристаллической решетки. При термообработке необходимо учесть следующие факторы очень важно выбрать правильный температурный режим не допустит перегрева и появления окалины. От скорости нагрева зависит, какие
ЛД1 i лл
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
именно характеристики приобретает металл, а качество изделия зависит от среды, в которой проходило его охлаждение. В качестве предварительного этапа термообработки используется нормализация. Она облегчает механическую обработку металла. Температура закалки стали 45Г составляет 820 - 860 °С. После нагрева материал сразу помещается в охлаждающую среду, в качестве которой используются чистая вода, растворы солей или минеральное масло. Процесс охлаждения должен проходить быстро и строго по графику. Закалка повышает твердость сплава в 2 - 2,5 раза и увеличивает его износоустойчивость. Сразу после закалки проводится отпуск, который поможет снять остаточные напряжения в металле, возникшие после закалки и снизить хрупкость. Одновременно немного уменьшается и твердость металла [8].
Таким образом, в качестве объекта исследования выбрана сталь 45Г, которая при большом функционале отличается вполне доступной ценой и хорошо поддается механической обработке. Анализ методов модификации физико-химических свойств сталей позволил определить основным направлением увеличения долговечности и износостойкости процесс осуществления термообработки. Проведение модификации путем применения разно-
январь, 2025 г.
образных режимов термической обработки, определение температурных режимов нагрева, закалки и отпуска, а также установление наиболее эффективных технологических условий термообработки и режимов охлаждения позволит получить материалы с повышенной прочностью и коррозионной стойкостью.
Выводы
Проанализированы методы модификации сталей, позволяющие получить материалы с повышенной прочностью и коррозионной стойкостью, и с учетом этого анализа выбраны стали для исследований. В качестве объекта исследования выбрана сталь 45Г, которая при большом функционале отличается доступной ценой и хорошо поддается механической обработке. В качестве метода модификации выбрана термическая обработка, в ходе которой происходит структурная перестройка кристаллической решетки. Определение температурных режимов нагрева, закалки и отпуска, а также установление наиболее эффективных технологических условий термообработки и режимов охлаждения позволит получить материалы с повышенной прочностью и коррозионной стойкостью.
Список литературы:
1. Разработка инновационных рабочих органов почвообрабатывающих машин / С.А. Сидоров, Д.А. Миронов, И.В. Лискин, М.Н. Костомахин // Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2020. № 1. С. 11.
2. Износостойкие композиционные покрытия для рабочих органов сельхозмашин: монография / С.А. Соловьев, В.В. Иванайский, А.В. Ишков [и др.]. - Москва: РАН, 2019. - 187 с.
3. Feng, Q.; Tang, Q.; Liu, Z.; Liu, Y.; Setchi, R. An investigation of the mechanical properties of metallic lattice structures fabricated using selective laser melting. Proc. Inst. Mech. Eng. Part B J. Eng. Manuf. 2018, 232, 1719-1730
4. Bai, L.; Zhang, J.; Chen, X.; Yi, C.; Chen, R.; Zhang, Z. Configuration optimization design of Ti6Al4V lattice structure formed by SLM. Materials 2018, 11, 1856
5. Gumruk, R.; Mines, R.A.W.; Karadeniz, S. Static mechanical behaviours of stainless steel micro-lattice structures under different loading conditions. Mater. Sci. Eng. A Struct. Mater. Prop. Microstruct. Process. 2013, 586, 392-406.
6. Crupi, V.; Kara, E.; Epasto, G.; Guglielmino, E.; Aykul, H. Static behavior of lattice structures produced via direct metal laser sintering technology. Mater. Des. 2017, 135, 246-256.
7. I. Szewczak, K. Rzeszut, P. Rozylo Structural behaviour of steel cold-formed sigma beams strengthened with bonded steel tapes // Thin-Walled Structures. Volume 159, February 2021, 107295.
8. Влияния легирования бором на структуру сварочных швов для стали 65 Г / В.Ф. Аулов, А.В. Ишков, В.В. Иванайский, Н.Т. Кривочуров, В.П. Лялякин // Сварочное производство. 2018. № 5. С. 38-42.
