Спосіб підвищення довговічності робочих органів землерийно-транспортних машин

Реферат: Спосіб підвищення довговічності робочих органів землерийно-транспортних машин включає нанесення на оброблювану деталь багатошарового зносостійкого покриття послідовно шар за шаром TiN-Cr2N з наступною термообробкою. На оброблюваній деталі здійснюють попереднє очищення поверхні шляхом іонного бомбардування іонами хрому. Проводять розігрів і активацію поверхні з наступним частковим осадженням невеликої кількості хрому. Потім в атмосфері азоту на оброблювану поверхню послідовно пошарово осаджують шари Cr 2N і TiN почерговим включенням відповідних випарників. Одержане багатошарове зносостійке покриття TiN-Cr2N наносять на деталь. Після цього деталь термооброблюють. UA 68141 U (12) UA 68141 U UA 68141 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до машинобудування, зокрема до способів підвищення довговічності робочих органів землерийно-транспортних машин, переважно їх ріжучих елементів, і може бути використана при обробці робочих органів машин для одержання на них зносостійкого покриття. Відомо, що робочі органи (точніше їх ріжучі елементи) при експлуатації постійно випробовують дію середовища, що розробляється землерийно-транспортними машинами. Під час роботи вони сприймають значні ударні локальні навантаження, внаслідок дії яких спостерігається передчасне руйнування ріжучих елементів. Крім того, в умовах абразивного середовища (через контакт із абразивним ґрунтом) робочі органи (ріжучі елементи) швидко зношуються, в результаті чого машина стає непрацездатною [1]. Тому підвищення зносостійкості, міцності, корозійної стійкості, а також довговічності робочих органів землерийно-транспортних машин являє собою важливу технічну задачу. Відомі способи підвищення довговічності і зносостійкості робочих органів машин різними методами, наприклад: зміцненням поверхневих шарів хіміко-термічною обробкою, високотемпературною термомеханічною обробкою, нанесенням різноманітних покриттів та ін. [2, 3, 4, 5]. Найбільш близьким по технічній суті до пропонованого є відомий спосіб обробки поверхонь деталей, вибраний як найближчий аналог [6]. Відомий спосіб одержання покриття з нітриду титану на деталях, виготовлених з металів і сплавів з вмістом титану не більше 10 %, що включає обробку в азотній плазмі при впливі мілісекундного променя лазера й тиску 40-80 атм, 6 2 у якому обробку ведуть в азотній плазмі щільністю 5·10 Вт/см , при цьому в зону її впливу поміщають титанову підкладку й на відстані від неї, достатній для формування покриття, установлюють оброблювану деталь, на яку подають постійну позитивну напругу величиною 100180 В. До недоліків відомого найближчого аналога варто віднести його складність, одержання недостатньо стійкого покриття, що веде до зниження зносостійкості, і недостатню екологічність. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу підвищення довговічності робочих органів землерийно-транспортних машин, у якому за рахунок зміни послідовності операцій, інших режимів і інших використовуваних матеріалів, досягається підвищення адгезії і мікротвердості багатошарового покриття, що сприяє одержанню зносостійкого, міцного, корозійностійкого багатошарового покриття із заданими характеристиками, а також зниження часу його проведення за рахунок підвищення швидкості поверхневих реакцій, що відбуваються при подальшому осадженні покриттів, спрощення технологічного процесу й підвищення його екологічності, у результаті використання якого, забезпечується підвищення робочих характеристик (зносостійкості й корозійної стійкості), а також збільшення терміну експлуатації і довговічності оброблених деталей. Поставлена задача вирішується тим, що в способі підвищення довговічності робочих органів землерийно-транспортних машин, переважно їх ріжучих елементів, при якому використовують іонно-плазмове нанесення покриття заданої товщини й характеристик методом конденсації речовин в умовах іонного бомбардування, протягом часу й при певних режимах, відповідно до корисної моделі, на оброблювану деталь наносять багатошарове зносостійке покриття послідовно шар за шаром TiN-Cr2N, що чергуються, з наступною термообробкою, при цьому, -3 спочатку у вакуумній камері при тиску залишкових газів 1·10 Па, струмі дуги 80 А і негативній напрузі 90 В на оброблюваній деталі, здійснюють попереднє очищення оброблюваної поверхні шляхом її іонного бомбардування іонами хрому при негативному потенціалі на ній 1000 В протягом 5 хвилин, у результаті якого провадять розігрів і активацію поверхні з наступним частковим осадженням невеликої кількості хрому у вигляді окремих крапель, а потім в -3 атмосфері азоту при тиску 5·10 тор протягом 25 хвилин на оброблювану поверхню при обертанні деталі послідовно пошарово осаджують шари Cr2N і TiN почерговим включенням відповідних випарників при тиску азоту 0,2 Па й струмах дуги 100 А, а негативний потенціал при осадженні Cr2N і TiN становить відповідно 100 В і 220 В, причому, температура зразків у процесі очищення й осадження становить 500 °C, у результаті чого одержують багатошарове зносостійке покриття TiN-Cr2N, що складається з п'яти шарів Cr2N і чотирьох шарів TiN, які чергуються, загальною товщиною 5 мкм, а після нанесення багатошарового покриття деталі термооброблюють. У результаті використання корисної моделі, що заявляється, забезпечується одержання технічного результату, який полягає в підвищенні адгезії і мікротвердості багатошарового покриття, що сприяє одержанню зносостійкого, міцного, корозійностійкого багатошарового покриття із заданими характеристиками, зниженні часу проведення способу за рахунок 1 UA 68141 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підвищення швидкості поверхневих реакцій, що відбуваються при подальшому осадженні покриттів, спрощенні технологічного процесу й підвищенні його екологічності. Проведення попереднього очищення іонами хрому й розігрів поверхні оброблюваної деталі дозволяє видалити з поверхні окисли, а також одержати в поверхневому шарі дефекти кристалічних решіток, що згодом, на наступній стадії процесу, за рахунок підвищення швидкості поверхневих реакцій, що відбуваються при подальшому осадженні покриттів, дозволить підвищити адгезію покриття, прискорити процес насичення поверхні азотом і знизити час його проведення. Подальше пошарове осадження нітриду титану й нітриду хрому в атмосфері азоту при обертанні деталі дозволяє одержати багатошарове покриття оброблених деталей підвищеної твердості й зносостійкості, із заданими технічними характеристиками. Заявлений спосіб підвищення довговічності робочих органів землерийно-транспортних машин може бути багаторазово використаний у машинобудуванні. Пропонований спосіб підвищення довговічності робочих органів землерийно-транспортних машин, переважно їх ріжучих елементів, здійснюють таким чином. У способі використане відоме іонно-плазмове напилювання покриття нітридами металів методом конденсації речовин в умовах іонного бомбардування. Він заснований на взаємодії іонів і інших енергетичних часток, отриманих у низькотемпературній плазмі, з поверхнею твердого тіла. Результатом взаємодії потоку часток у розрядженому середовищі з поверхнею є напилене багатошарове зносостійке покриття. Приклад здійснення пропонованого способу підвищення довговічності робочого органу землерийно-транспортних машин. Як оброблювані деталі були ріжучі елементи - ножі автогрейдера, що виготовлені з конструкційної ресорно-пружинної сталі 65Г. У процесі використовують іонно-плазмове нанесення покриття заданої товщини й характеристик методом конденсації речовин в умовах іонного бомбардування, протягом часу й при певних режимах. При цьому, на оброблювану деталь наносять багатошарове зносостійке покриття послідовно шар за шаром TiN-Cr2N, що чергуються, з наступною термообробкою. Процеси вакуумнодугового нанесення зносостійких покриттів на основі нітридів Сr і Ті на сталь 65Г та наступної термообробки сприяють підвищенню робочих характеристик (зносостійкості) деталей машин, виготовлених із цієї сталі. Процес іонно-плазмової обробки проводився з використанням установки "Булат-3Т", що дозволяє здійснювати технологічний процес із використанням багатоелектродного плазмового модуля на базі емісійного електродугового розряду [7]. Відома установка "Булат-3Т" включає: вакуумну камеру, систему вакуумної відкачки, фокусуючу магнітну котушку для локалізації плазмового потоку; катод, що підпалює електрод; камеру-анод; тримач виробів; азотний уловлювач; водяний уловлювач; високовакуумний агрегат; нагрівач; формовакуумний насос; монометричну лампу; систему водяного охолодження установки. При цьому, у вакуумній камері тримач виробів стаціонарно розташований по центру напроти катодів, з можливістю обертання навколо вертикальної осі. Як матеріали стандартних емісійних катодів були взяті титан і хром. Вакуумна камера має два вакуумно-дугових випарники, в одному з яких як катодний матеріал використовують хром ВХ-2К, в іншому - титан ВТ1-00. Іонно-плазмовій обробці піддавалися поверхні деталей - ріжучі елементи землерийно-транспортних машин, які виготовлені зі сталі, марки 65Г. Перед обробкою поверхня деталей була очищена від забруднень із застосуванням ультразвукових коливань, знежирена, деталі надійно закріплені на оснащенні й поміщені у вакуумну камеру. Спочатку у вакуумній камері при тиску залишкових -3 газів 1·10 Па, струмі дуги 80 А і негативній напрузі 90 В на оброблюваній деталі, здійснюють попереднє очищення оброблюваної поверхні шляхом її іонного бомбардування іонами хрому при негативному потенціалі на ній 1000 В протягом 5 хвилин. У результаті провадять розігрів і активацію поверхні з наступним частковим осадженням невеликої кількості хрому у вигляді -3 окремих крапель. А потім в атмосфері азоту при тиску 5·10 тор протягом 25 хвилин на оброблювану поверхню при обертанні деталі послідовно пошарово осаджують шари Cr 2N і TiN почерговим включенням відповідних випарників при тиску азоту 0,2 Па й струмах дуги 100 А. Негативний потенціал при осадженні Cr2N і TiN становить відповідно 100 В і 220 В. Подача негативної напруги на оброблювану деталь на всіх етапах іонно-плазмової обробки необхідна для додання спрямованого руху позитивно заряджених іонів на оброблювану поверхню. При цьому забезпечується доступ металевої частини плазми електродугового розряду на оброблювану поверхню. Температура зразків у процесі очищення й осадження становить 500 °C. Температура виробу, на яку наносилось покриття, контролювалась за допомогою відомого інфрачервоного пірометра "Смотрич". У результаті чого одержують багатошарове зносостійке покриття TiN-Cr2N, що складається з п'яти шарів Cr2N і чотирьох шарів TiN, які чергуються, загальною товщиною 5 мкм. Після нанесення багатошарового покриття деталі термооброблюють. 2 UA 68141 U 5 Осадження нітриду титану й нітриду хрому в атмосфері азоту при обертанні деталі дозволяє легше керувати складом покриття, змінюючи величини струму емісійного катода, їхньої кількості і потенціалу оброблюваної деталі. Оптимальні режими процесу нанесення покриття TiN-Cr2N з нітридів титану й хрому товщиною 5 мкм на поверхні деталей, виготовлених зі сталі марки 65Г, наведені в таблиці. Таблиця Матеріал Струм Струм Напруга U, В емісійного катода дуги, І1, А дуги, І2, А хром 2 катоди: 1-й - хром, 2-й - титан 10 15 20 25 30 35 40 45 Струм, І, А Тиск Р, тор 1-й етап: очищення, розігрів і активація іонами хрому -4 80 90 2 1·10 2-й етап: напилювання шару покриття в атмосфері азоту 80 70 150 3 -3 5·10 Час проведення t, хв 7 25 У результаті осадження речовин на поверхню деталі, одержують багатошарове зносостійке покриття TiN-Cr2N, що складається з п'яти шарів Cr2N і чотирьох шарів TiN, що чергуються. При загальній товщині шару покриття TiN-Cr2N більше 5 мкм зменшується адгезія покриття й пластичність поверхневого шару, що погіршує його робочі характеристики. Покриття товщиною менш 5 мкм не дає істотного їхнього поліпшення. Застосування нітридів титану й хрому виявилося доцільним для виготовлення якісних покриттів TiN-Cr2N для робочих органів землерийно-транспортних машин, переважно їх ріжучих елементів, з підвищеними характеристиками мікротвердості, зносостійкості, корозійній стійкості й ковзання, а також довговічності оброблених деталей. У процесі нанесення багатошарового покриття відбувається відпуск сталі, що приводить до зниження твердості до HRC 10…30. Після термообробки твердість підкладки відновлюється й становить HRC 50-54. Мікротвердість покриттів після їхнього нанесення становила 19 ГПа. Після термообробки її величина не змінилася в межах точності вимірів. На границі між покриттям і підкладкою існує зона взаємного проникнення атомів хрому й заліза, що свідчить про дифузійний зв'язок покриття з підкладкою. Перерозподіл концентрацій хрому й титану в результаті термообробки не усуває шаруватої структури покриттів. Після проведення процесу іонно-плазмового напилювання були виготовлені мікрошліфи і визначена мікротвердість отриманого покриття на приладі ПМТ-3, а також зносостійкість покриття в лабораторних умовах. Як показали результати виміру й випробувань, отримане покриття оброблених деталей при здійсненні пропонованого способу забезпечує міцний зв'язок між матеріалом покриття й поверхнею деталі, і також внутрішні міцні зв'язки усередині покриття між його шарами. Результати випробувань показали підвищення зносостійкості робочих елементів на 20-30 %. По даній корисній моделі проведені випробування стосовно до ріжучих елементів землерийно-транспортних машин, які підтвердили одержання очікуваного технічного результату й позитивного ефекту. Результати випробувань показали, що робочі органи - ріжучі елементи, які оброблені за запропонованим способом, у порівнянні з відомими, мають значно більш високу твердість, зносостійкість й корозійну стійкість, що веде до підвищення їх довговічності. Заявлений спосіб підвищення довговічності робочих органів землерийно-транспортних машин, при його використанні, дозволяє забезпечити збільшення довговічності і терміну експлуатації робочих органів, переважно їх ріжучих елементів, та у випадку їх зносу - відновити працездатність машин. Джерела інформації:. 1. Рейш А.К. Повышение износостойкости строительных и дорожных машин / А.К. Рейш. М.: Машиностроение, 1986. - С. 21-26. 2. Петров И.В. Повышение долговечности рабочих органов дорожных машин наплавкой / И.В. Петров, И.К. Домбровская - М.: Транспорт, 1970. - С. 27-30. 3. Слюсаренко В.В. Повышение износостойкости режущих элементов землеройнотранспортных машин / В.В. Слюсаренко // Строительные и дорожные машины. - 1989. - № 10. С. 20-21. 4. Верещака А.С, Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями / А.С. Верещака, И.П. Третьяков. - М: Машиностроение, 1986. - С. 8-32. 3 UA 68141 U 5 5. Гладков В.Ю. Современная технология воздушно-плазменного напыления износостойких покрытий / В.Ю. Гладков, СВ. Карцев, И.Н. Кравченко, Н.В. Афонин // Строительные и дорожные машины. 2003. - № 5. - С. 30-34. 6. А. с. SU № 1067859 А1, М.кл.7 С23С8/36, 18.11.1981, опубл. 2005.07.27 (прототип). 7. Глушкова Д.Б. Применение плазменных покрытий для повышения стойкости пресс-форм литья под давлением медных сплавов: диссертация кандидата техн. наук: 05.02.01 / Глушкова Диана Борисовна. - X., 1989. - 180 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 Спосіб підвищення довговічності робочих органів землерийно-транспортних машин, переважно їх ріжучих елементів, при якому використовують іонно-плазмове нанесення покриття заданої товщини й характеристик методом конденсації речовин в умовах іонного бомбардування, протягом часу й при певних режимах, який відрізняється тим, що на оброблювану деталь наносять багатошарове зносостійке покриття послідовно шар за шаром TiN-Cr2N, що чергуються, з наступною термообробкою, при цьому спочатку у вакуумній камері при тиску -3 залишкових газів 1·10 Па, струмі дуги 80 А і негативній напрузі 90 В на оброблюваній деталі, здійснюють попереднє очищення оброблюваної поверхні шляхом її іонного бомбардування іонами хрому при негативному потенціалі на ній 1000 В протягом 5 хвилин, у результаті якого провадять розігрів і активацію поверхні з наступним частковим осадженням невеликої кількості -3 хрому у вигляді окремих крапель, а потім в атмосфері азоту при тиску 5·10 тор протягом 25 хвилин на оброблювану поверхню при обертанні деталі послідовно пошарово осаджують шари Cr2N і TiN почерговим включенням відповідних випарників при тиску азоту 0,2 Па й струмах дуги 100 А, а негативний потенціал при осадженні Cr2N і TiN становить відповідно 100 В і 220 В, причому, температура зразків у процесі очищення й осадження становить 500 °C, у результаті чого одержують багатошарове зносостійке покриття TiN-Cr2N, що складається з п'яти шарів Cr2N і чотирьох шарів TiN, які чергуються, загальною товщиною 5 мкм, а після нанесення багатошарового покриття деталі термооброблюють. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4