Исследование свойств сварного соединения «термоупрочненная сталь 65Г – сталь Л53 без технологических воздействий». Одной из основных операций метода термоупрочненных компенсирующих элементов является приваривание их к остову лемеха. Механические свойства сварного соединения во многом будут определять его служебные свойства.

Особенностью представляемых ниже исследований является наличие в составе сварного соединения детали из высокоуглеродистой стали, подвергнутой повторному термоупрочнению. Поэтому исследовалось состояние сварных соединений, в которых присутствует в качестве материала компенсирующего элемента сталь 65Г, закаленная с различных температур. Как уже отмечалось выше, в качестве критерия, характеризующего их свойства, принята микротвердость (Н_V) [1,2,3,4,7,8,10,13].

Оценочными параметрами служили: 1 – Н_V металла шва; 2 – максимальное значение Н_V зоны сплавления; 3 – Н_V переходной зоны; 4 – Н_V основного металла. Наряду с оценкой механических свойств отдельных областей сварного соединения, проводился анализ размеров его типичных зон: зоны термического влияния, зоны сплавления и переходной зоны [6,7,9].

Методология проведения анализа состоит из следующих этапов: первый — особенности распределения Н_V системы «шов — сталь Л53»; второй — особенности распределения Н_V системы «шов — термоупрочненная с различных температур сталь 65Г»; третий — сравнительное аналитическое рассмотрение распределений Н_V «сталь Л53 — шов — термоупрочненная сталь 65Г» [1,3,7,8,12,13].

Испытания на изнашивания повторно термоупрочненной стали в среде с незакрепленным абразивом показали, что характер изменения износа во времени испытаний (τ¹), как следует из графиков, представленных на рисунке 1, одинаков для образцов с различной твердостью. Кривые I = f(τ¹), в отличии от известных, не подчиняются прямолинейной зависимости, хотя и близки к ней. Увеличенный прирост износа в начальный период испытаний (примерно до τ₁ = 75мин.) объясняется сравнительно большим влиянием фактора самоорганизации системы «поверхность трения – абразивная среда» при стабилизации процесса изнашивания. Предварительная механическая обработка образцов не может до конца устранить недостатки, присущие поверхности, и её полная адаптация к истирающей среде происходит непосредственно в период проведения испытаний. После завершения приработки процесс изнашивания стабилизируется и дальнейший прирост износа остается неизменным [2,7,8,9,11,12]. Из изложенного выше следует, что влияние упрочняющей термообработки на протекание изнашивания несколько отлично от других методов повышения абразивной износостойкости, что выражается в нарушении прямолинейной зависимости между износом I и временем испытаний τ¹.

Рис. 1. Характер протекания износа во времени испытаний I = f(τ¹)

Абразивная износостойкость как относительная триботехническая характеристика (рисунок 2) также имеет одинаковый характер изменения во времени испытаний для всех исследуемых образцов. Стабилизация С происходит примерно после 100 мин. испытаний, что указывает на завершение процесса самоорганизации изнашиваемой поверхности и абразивной компоненты. Поведение С = f(τ¹) объясняется теми же факторами, что и зависимость I = f(τ¹).

Рис. 2. Изменение абразивной износостойкости от времени испытаний С=f (τ¹)

При анализе изменения значений С установлено, что их разность (_ΔС) в начальный период приработки (τ1 = 30 мин.) и в период установившегося ре- жима (τ¹=120мин.) достигает значительной величины. Так, для образца с 43HRC разность между С при τ₁ =30мин. и С при τ¹ = 120мин. составляет примерно 0,28 мин/мкм. В свою очередь, ΔС для образца с твердостью 58HRC равна 0,4 мин/мкм. Это указывает на то, что с увеличением твердости испытуемого материала влияние фактора самоорганизации на изменение интенсивности изнашивания снижается. Проще говоря, рост твердости приводит к нивелированию влияния качества поверхности детали при ее приработке. В соответствии с поставленными задачами определялось влияние твердости на износ и износостойкость повторно термообработанной от различных температур стали 65Г.

Для сравнения исследовался образец, не подвергавшийся повторной термообработке. (Образцы ранее термически упрочнялись – подвергались закалке в масле и отпуску в интервале t = 840 — 870 °C и t = 400 — 480 °C соответственно).

Повторная термообработка проводилась без отжига т. к. ранее проведенными экспериментами показано отрицательное влияние отжига на прирост твердости при последующей закалке. Параметры термообработки и соответствующая им твердость даны в таблице 1 [4,6,7,8,10,13,14].

Как следует из рисунков 1 и 2, увеличение твердости примерно до 49HRC обеспечивает отрицательный эффект, выражающийся в росте износа и снижении износостойкости. Следует полагать, что снижение С в данном случае связано с нарушением структурной однородности, сформированной предыдущей термообработкой. Неоднородность проявляется в интенсификации разрушения поверхностного слоя как вследствие царапания, так и вследствие высокого уровня контактных напряжений от силового воздействия абразивных частиц.

Таблица 1

Термообработка и твердость листов

Дальнейший рост HRC приводит к резкому снижению I (рисунок 3) и повышению сопротивляемости абразивному изнашиванию (рисунок 4) (в диапазоне 50-54HRC) с последующим выравниванием этих показателей. В некоторых экспериментах было замечено даже незначительное снижение износостойкости. Явление с выравниванием С с повышением твердости связано с особенностями строения (микроструктуры). Увеличение размеров структурных составляющих приводит к росту хрупкости материала. В свою очередь, при царапании таких хрупких субстанций происходит разрушение поверхностных слоев в большем объеме, а увеличение твердости не может компенсировать происходящих процессов разрушения, и в сумме это приводит к стабилизации С. Аналогичная ситуация будет иметь место если превалирующим процессом в механике абразивного изнашивания будет иметь место контактное взаимодействие частиц с поверхностью трения.

Рис. 3. Зависимость износа от HRC образца, время испытаний  τ1=120 мин

Рис. 4. Влияние твердости образца на износостойкость, время испытаний τ¹=120 мин

Тем самым лабораторными исследованиями установлено, что изменение (характера) износа и износостойкости от твердости имеет достаточно сложный характер и не укладывается в известные положения. Отмечается также, что кривая С = f (HRC) является зеркальным отображением зависимости I = f (HRC). Исходя из полученных результатов, следует, что увеличение твердости более 53 — 54HRC с точки зрения повышения абразивной износостойкости нецелесообразно, т.к. интенсивность изнашивания не претерпевает изменений [2,5,7,10,12,14]. Таким образом, оптимальной является повторная закалка в воде стали 65Г от температур 820 — 840°С, обеспечивающая твердость 53 — 54HRC.

Учитывая массив полученных данных (исследовались соединения, у которых образцы из рессорно-пружинной стали термообрабатывались с пяти различных температур), подробному анализу будет подвергаться сварное соединение, где сталь 65Г повторно закаливалась с температуры 840°С. Выбор такого экспериментального образца связан с тем, что режим ТО является оптимальным с точки зрения износостойкости (это подтверждено экспериментально и изложено выше).

Вывод.

Показана возможность применения выбракованных листов рессор в качестве материала долот при восстановлении лемехов. Твердость снятых с эксплуатации листов остается на уровне значений, оговоренных техническими условиями, что в два раза превышает аналогичный параметр стали лемеха Л53. Использование этого вторичного материала для восстановления лемехов значительно упрощает технологический процесс реновации и повышает его эффективность.