РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ РЕЖУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Густов Д. Ю., Густов Ю.И. (МГСУ, г.Москва, РФ)
Is regarded an issue about application of hard-alloy laminas for road milling cutters.
При разработке технологии упрочнения ножей грунтосмесительных машин и дорожных фрез считали, что первоочередной задачей в обеспечении эффективного использования твердых сплавов является снижение внутренних напряжений, возникающих при индукционной пайке.
Исходными условиями для разработки технологии пайки являлись следующие: материалом державки принята сталь 45, армирующими - твердосплавные пластинки типа ВК15 и ВК8; соединения твердосплавных пластинок с державкой осуществляются по одной и двум плоскостям а между собою - по схеме "встык" (пластинки ВК15) и "в замок" (пластинки ВК8).
Для пайки применяли флюс - смесь, состоящую из 50 % буры, 40 % фтористого калия и 10 % борной кислоты. Припоем служила латунь марки Л63.
Пайку осуществляли на высокочастотной установке МГЗ-108 при скорости нагрева из расчета 4 - 5 секунд на миллиметр толщины основного металла. Рабочую температуру пайки принимали на 20 -50 °С выше температуры полного расплавления припоя (920 - 950 °С). Выдержку при температуре пайки устанавливали равной 25 с.
Изменение остаточных напряжений достигали за счет различных скоростей охлаждения твердосплавного соединения и ставили в зависимость от структурного состояния основного металла. С этой целью использовали следующие охладители: воду при 20 °С, индустриальное масло С-45, эмульсол на госсиполовой смоле ЭГТ, эмульсию (50%-ый водный раствор эмельсола при 20°С), спокойный воздух при 20 °С, мелкий песок при 80 °С.
Для определения остаточных напряжений в твердосплавных пластинках выбрали тензометрический метод. Уровень и характер напряжений определяли по величине разбаланса измерительного моста в результате освобождения пластинок от основного металла.
Установили, что наименьшие напряжения на поверхности твердосплавных пластинок возникают при пайке с охлаждением в воде. При этом зарегистрировали деформацию сжатия, благоприятную для твердых сплавов. Пайка с охлаждением в других средах приводит к образованию практически одинаковых остаточных напряжений. Однако в результате комбинированной термообработки (охлаждение в воде - отпуск) в отдельных случаях на поверхности пластинок обнаружили поперечные сквозные трещины, характеризующие чрезмерно быстрое охлаждение твердосплавного соединения на первом этапе термической обработки. Необнаружение подобных трещин на припаянных пластинках в случае охлаждения в воде можно объяснить их смыканием под действием сжимающих напряжений. Следовательно, для обоснования рационального режима термической обработки необходима оценка рабочих деформаций (напряжений) в соединяемых элементах, а также определение уровня и вида остаточных напряжений в характерных сечениях твердосплавного соединения.
С указанной целью решали экспериментально-аналитическую задачу по изысканию режима термической обработки, обеспечивающего получение минимальных (теоретически нулевых) внутренних напряжений. Для этого на основе микроструктурного анализа определяли коэффициент линейной деформации основного метала при фазовых переходах, рассчитывали деформацию стали и твердого сплава в зависимости от термоструктурных изменений, устанавливали уровень и вид внутренних напряжений в характерных сечениях основного металла и армирующего покрытия. Выбор рациональной термической обработки обосновывали комплексной оценкой кинетики структурных и термических изменений в элементах твердосплавного соединения как в процессе пайки, так и в конечном его состоянии.
Для вычисления коэффициента линейной деформации основного металла устанавливали (по термокинетической диаграмме распада переохлажденного аустенита для стали 45) температурные интервалы, соответствующих фазовых переходов и для каждого из них выбирали расчетную температуру для определения удельных объемов структурных составляющих. Установили, что охлаждение в воде вызывает структурные превращения с максимальным, а охлаждение в песке с минимальным увеличением объема основного металла.
С учетом влияния температурного фактора на коэффициент деформации построена диаграмма "коэффициент линейной деформации - температура превращения аустенита", на основе которой рекомендуется снижение внутренних напряжений за счет применения сталей с коэффициентом термического расширения менее 20×10-6 град-1 и охлаждающей среды, обеспечивающей распад аустенита в области критических температур (порядка 700°С) с образованием феррито-перлитной структуры.
Оптимальной термической обработкой из числа испытанных способов для твердосплавного соединения сталь 45 - сплав ВК15 является нормализация и охлаждение в подогретом песке (80 °С) от температуры нагрева для индукционной пайки (~ 900 °С). При окончательном выборе охлаждающей среды необходимо принимать во внимание простоту и наименьшую стоимость технологии, чему в большей мере отвечает воздушная среда (нормализация).
Для практического использования рекомендуются ножи с углом заострения 50 ° с пластинками относительной толщины 0,3, напаянными встык на переднюю грань ножа.
Применение твердосплавных режущих элементов для рабочих органов дорожных фрез привело к 18 - 20 - кратному повышению износостойкости ножей, обеспечивающее ресурс рабочего органа не менее 3000 мото-часов [1].
1. Густов Ю.И., Густов Д.Ю. Выбор износостойких материалов для деталей строительных машин // Строительные и дорожные машины. 1996, №10.