Рисунок 5. Схема элементов (зон) долота сеялки Amazone D МС-9000, обязательно подлежащих упрочнению
На основании результатов проведенного ранее патентного обзора и имеющейся материально-технической базы ГОСНИТИ в качестве возможных вариантов (способов) упрочнения этих зон были выбраны:
- ТВЧ-закалка;
- наплавка порошковой смесью (преимущественно ТВЧ-наплавка);
- скоростное ТВЧ-борирование;
- вибродуговое упрочнение металлокерамикой;
- электроискровое легирование.
Упрочнение элементов долота закалкой
Закалка 17Г1С малоуглеродистых кремнемарганцовистых конструкционных низколегированных сталей технически возможна, несмотря на низкое содержание углерода (<0,2 %), в связи с изменением размеров зерна их аустенита и его химического состава при фазовых превращениях вблизи температур Ас1, по сравнению с аустенитом нелегированных низкоуглеродистых сталей (которые в этих условиях не закаливаются). Закалка стали S355 идет за счет a®g превращения твердого раствора С в Fe [8].
При правильно выбранной температуре и скорости нагрева малоуглеродистых кремнемарганцовистых сталей удается после закалки уменьшить размер аустенитного зерна до 20-30 мкм, что и приводит к упрочнению детали [9]. Исходя из справочных данных температура закалки таких сталей не должна превышать 950 оС, скорость нагрева - 200 оС/мин и выше (реализуется при ТВЧ-нагреве), закалочная среда - вода, горячая вода, солевые растворы [10].
Таким образом, для осуществления упрочнения долота способом ТВЧ-закалки, с учетом его сложной формы и возможными термическими напряжениями, рекомендуются следующие технологические режимы: нагрев в индукторе оптимизированной формы со скоростью 200-400 оС/мин; температура закалки 880-900 оС; закалочная среда - вода.
Упрочнение элементов долота наплавкой порошковых смесей
В настоящее время порошками и смесями порошков из твердых, износоустойчивых сплавов наплавляют детали, рабочие поверхности которых подвергаются интенсивному абразивному износу или испытывают ударную нагрузку в процессе работы (буровой инструмент, зубья ковшей экскаваторов, лемеха плугов, клапаны, центры токарных станков, штампы и режущий инструмент) [11]. Долота анкерных сошников по величине износа и параметрам работы соответствуют этой группе деталей машин, поэтому упрочнение их изнашивающихся элементов наплавкой порошковых смесей является наиболее целесообразным.
Известно, что наплавке лучше всего поддаются низкоуглеродистые стали с содержанием С не выше 0,4-0,6 %, а также низколегированные хромоникелевые, хромованадиевые и ванадиевые конструкционные стали. Марганцовистые, хромомолибденовые, кремнистые стали, стали с содержанием С выше 0,65 % и чугуны, склонные к закалке и трещинообразованию при наплавке, труднее поддаются наплавке, и для получения качественного упрочняющего покрытия требуют предварительного подогрева основы до 500-650 оС.
Учитывая низкое содержание углерода и повышенное содержание марганца и кремния в стали S355, из которой изготовлены долота, упрочнение их элементов наплавкой следует осуществлять при ТВЧ-нагреве по способу Ростовского НИИТМа [11], нанесением на упрочняемую поверхность готовой шихты, содержащей порошковые наплавочные материалы и флюс, ее предварительный ТВЧ-нагрев вместе с шихтой, последующее расплавление твердого сплава, его наплавку и кристаллизацию, контролируемое остывание упрочненной детали в условиях, исключающих закалку металла основы.
В настоящее время в России большинство порошковых наплавочных материалов выпускается в виде готовых механических смесей или измельченных в порошок твердых, износостойких сплавов (ПС, ПГ, ПР, ФБХ, БХ, КБХ и пр.), состав и свойства которых отвечают ГОСТ 21448-75. Порошки из сплавов для наплавки. Технические условия [12].
При реализации этого способа упрочнения долот используются следующие порошковые наплавочные материалы: ПГ-ФБХ6-2; ПГ-10Н-01; ПС-14-60; ПГ-С25 или ПГ-УС25 (варианты), образующие после наплавки на упрочняемой поверхности детали эвтектические чугуноподобные слои состава Fe-Cr-Ni-Mn-C-B-Si, упрочненные карбидами, боридами и карбоборидами железа и лигирующих элементов.
Для осуществления упрочнения долота наплавкой порошковой смеси выбранный порошковый твердосплавный материал предварительно смешивается с порошком флюса (боратный, АН-348А, и др.), содержание которого в готовой шихте не превышает 10-15 %, полученную шихту наносят на упрочняемую поверхность и осуществляют ее ТВЧ-наплавку при выбранном режиме в индукторе оптимизированной формы. Полученную после наплавки заготовку можно подвергать термической обработке различными методами (закалка, отпуск и пр.)