РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОМПЛЕКСНОГО УПРОЧНЕНИЯ
РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Сиваков В.В. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
Повышение износостойкости дереворежущего инструмента является одной из важных задач, решение которой способствует повышению эффективности лесозаготовительного и деревообрабатывающего производств. Особенно это касается заготовки и обработки древесины в условиях эксплуатации инструментов при низких климатических температурах и при резании мерзлой древесины, так как основные запасы древесины в Российской Федерации сосредоточены на севере европейской части страны, Сибири, Урале и ее заготовка происходит, главным образом, в зимнее время года. Под действием отрицательных температур наблюдается значительный рост прочностных характеристик древесины. В процессе резания мерзлой древесины происходит увеличение хрупкости материала инструмента за счет более высоких циклических температурных напряжений и наводораживания поверхностных слоев инструмента. В этих условиях интенсивность износа и выхода инструмента (цепных, рамных и круглых пил) из строя значительно возрастает, что обусловливает сокращение объема производства пиломатериала, повышенную потребность в инструменте, простои оборудования.
Степень снижения износостойкости режущих элементов во многом определяется температурными условиями их работы. При низких климатических температурах износ режущих элементов увеличивается, при этом одновременно происходит два процесса- постепенное истирание и микровыкрашивание режущей кромки, их соотношение зависит от конкретных условий работы.
Анализ возможности повышения износостойкости режущих рабочих органов лесозаготовительных машин и инструмента для резания мерзлой древесины показывает, что существенный эффект может быть достигнут за счет использования поверхностной упрочняющей обработки. Для повышения их износостойкости многими исследователями установлена перспективность применения методов, основанных на использовании концентрированных потоков энергии, позволяющих направленно и в значительной степени изменять свойства поверхностных слоев материала. Среди них особое место занимают плазменное воздействие и электроискровое упрочнение, хорошо зарекомендовавшие себя при поверхностном упрочнении различных деталей и инструментов.
В связи с этим было признано целесообразным проведение работ по исследованию возможности использования метода комплексного упрочнения, заключающегося в выполнении электроискрового легирования и плазменного воздействия, и нахождению рациональных режимов их выполнения.
Для обеспечения повышения износостойкости режущих элементов определялись рациональные режимы упрочнения, проводились лабораторные и производственные испытания опытных образцов на износостойкость. С целью определения свойств поверхностных слоев использованы металлографический, рентгеноструктурный и рентгеноспектральный методы анализа.
В результате проведенных исследований получены следующие данные. Электроискровое упрочнение приводит к увеличению микротвердости поверхности с HV 400-430 до HV 790-810, при этом толщина зоны упрочнения с повышенной микротвердостью достигает 0,15-0,2 мм. При плазменном упрочнении микротвердость поверхности увеличивается с числом циклов плазменного воздействия и при трехкратном воздействии достигает HV 900-930. Увеличение числа циклов плазменного воздействия более трех не приводит к заметному росту микротвердости, а только повышает глубину упрочненного слоя.
При комплексном упрочнении микротвердость поверхности достигает наиболее высоких значений при погонной мощности плазменной струи 0,25-0,27 кДж/см. С увеличением числа циклов плазменного воздействия и погонной мощности плазменной струи наблюдается также увеличение глубины и ширины зоны упрочнения.
Результаты рентгеноструктурного анализа остаточных напряжений позволили установить, что после упрочняющей обработки происходит рост микродеформации кристаллической решетки, достигающий наиболее высокого значения при трехкратном плазменном воздействии и составляющий 3,1´10-3 рад. Кроме того, в зоне упрочнения происходит повышение уровня дисперсности структуры, достигающее наиболее высоких значений (1,6´10-6 см) при комплексном упрочнении.
На основании проведенного рентгеноспектрального анализа установлено, что в зоне плазменного воздействия при комплексном упрочнении происходит диффузия легирующих элементов вглубь металла, увеличивающая толщину поверхностного слоя, насыщенного легирующими элементами, в 2,5-3 раза и достигающая 0,3 мм. После электроискрового легирования на поверхности наблюдается резкий всплеск концентрации вольфрама. При применении последующего плазменного воздействия на поверхности происходит снижение концентрации легирующих элементов вследствие диффузии последних в глубь металла, причем минимальные значения наблюдаются в центре зоны плазменного воздействия. Таким образом, на основании выявленного эффекта диффузии можно подбором материала электрода и повышением нанесенного объема легирующих элементов дополнительно легировать большой объем материала инструмента. Это может способствовать повышению сопротивляемости поверхностных слоев насыщению водородом, а также снижению охрупчивания металла под действием отрицательных температур.
Исследования износа образцов в лабораторных условиях и при производственных испытаниях показали, что в при понижении температуры древесины наблюдается повышение интенсивности изнашивания. С увеличением влажности древесины износ возрастает, что особенно заметно при отрицательных температурах. Применение упрочняющей обработки способствует снижению интенсивности изнашивания, износостойкость инструмента возрастает в 2,8-3,2 раза.