СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕМЕХОВ ПЛУГОВ ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКОЙ Российский патент 2025 года по МПК B23P6/00 B23K26/342 B23K35/32 

Изобретение относится к способу восстановления изношенных деталей с применением лазерной наплавки и может быть использовано при восстановлении лемехов плугов.

Повышение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин является основой снижения затрат при обработке почвы. Для решения этой проблемы применяются различные способы восстановления рабочей поверхности почвообрабатывающих машин в условиях интенсивного абразивного износа. Известен способ восстановления долот лемехов плугов, который включает удаление изношенной режуще-лезвийной части долота, изготовление компенсирующего элемента из листовой рессорно-пружинной стали и его приваривание к восстанавливаемому долоту, в качестве износостойкого материала используют пасту на основе никеля, наносимую на тыльную сторону компенсирующего элемента, а после затвердевания пасты проводят наплавку электрической дугой прямой полярности с использованием вибрирующего угольного электрода (Патент РФ RU 2575531 G1, 20.02.16).

Недостатком данного способа является низкая прочность наплавленного слоя из-за возникновения пор, появление которых неизбежно при вибродуговой наплавке.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является способ восстановления и упрочнения лемехов плугов, который включает заплавку лучевидного износа в области полевого обреза малоуглеродистым электродным материалом, оттяжку носка и последующее упрочнение восстановленной поверхности путем наплавки упрочняющих валиков параллельно друг другу. (Патент РФ RU 2457090 C2, 27.07.2012) (прототип).

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость процесса восстановления, включающего три различных операции требующих большого парка технологического оборудования. При этом во время упрочнения путем наплавки упрочняющих валиков возникает перегрев детали, вследствие чего происходят структурные изменения материала.

Задачей изобретения является повышение долговечности восстановленных лемехов плугов.

Техническим результатом изобретения является повышение твердости и износостойкости восстановленных лемехов плугов в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются следующим образом.

Восстановление изношенной части лемеха осуществляется следующим образом. Лемех закрепляется на поверхности рабочего стола роботизированной системы, например, TST-LFR 3000, которая представляет собой компактную и мобильную систему лазерной наплавки на различные поверхности. Основными компонентами этой системы являются мобильный робот, лазерный источник мощностью 3000 Вт, система подачи порошка, головка лазерной наплавки, система управления и рабочий стол. Процесс наплавки задается системой управления, которая регулирует скорость наплавки, подачу порошка и мощность светового пучка в зависимости от количества подаваемого наплавляемого материала. Луч, генерируемый роботизированной системой (лазерным источником), на поверхности изделия создает ванну расплава. В эту зону подают порошок при помощи транспортирующего газа, который, одновременно, является и защитным.

Луч, генерируемый лазерным источником достигает температуры 2700°С на выходе из сопла, соприкасается со смесью тугоплавких порошков в среде защитного газа. Под действием высокой температуры смесь тугоплавких порошков расплавляется и под высоким давлением равномерно наносится на изношенную поверхность лемеха. В результате образуется наплавленный слой, имеющий мелкозерную ледебуритную структуру дендритно-ячеистого типа, обладающий наилучшей сопротивляемостью при абразивном износе.

Наплавку ведут на следующих режимах: мощность лазерного излучения 2300 Вт, скорость перемещения оптической головки 7 мм/с, массовый расход порошка 20 г/мин, расход защитного газа 14 л/мин. Толщина наплавленного слоя составляет 2 ± 0,1 мм, твердость не менее 78 HRC.

Процесс нанесения расплавленного порошка происходит пошовно, встык ранее наплавленного шва, с его перекрытием до 25 %. Это выполняется для получения равномерной восстановленной поверхности лемеха плуга. При этом наплавочная головка управляется роботизированной системой при нанесении слоев в зависимости от размеров 3D модели лемеха плуга. 3D-модель лемеха плуга закладывается в управляющее устройство роботизированной системы. Процесс нанесения расплавленного порошка происходит до момента формирования заданной 3D-модели лемеха плуга.

Далее процесс повторяется. При этом нанесение расплавленного порошка происходит на ранее нанесенный слой металла. Для получения толщины металла 6 мм осуществляется нанесение трех слоев металла.

В качестве износостойкого материала используется смесь порошков, включающая 43-48 % железной основы, например ПГ-С27 «Сормайт», с размерами частиц 80 мкм, 50–55 % упрочняющей фазы в виде карбида вольфрама c размерами частиц 15 мкм и 2 % нанопорошка оксида алюминия Al₂O₃ с размерами частиц 70 нм.

Благодаря тому, что полученный наплавленный слой имеет железную основу и, в составе, присутствуют карбид вольфрама и наноразмерный Al₂O₃, восстановленные лемеха имеют высокие твердость и износостойкость в условиях интенсивного абразивного изнашивания. Это связано с тем, что образуется мелкозернистая ледебуритная структура дендритно-ячеистого типа с включениями твердого карбида вольфрама, обладающая наилучшей сопротивляемостью при абразивном износе. Оксид алюминия, в данном случае, будет являться модификатором, из-за которого будут образовываться дополнительные центры кристаллизации, тем самым измельчая образующуюся структуру наносимого слоя.

Завершающим этапом является контроль геометрических параметров лемеха плуга. При необходимости проводится механическая обработка углошлифовальной машинкой. Далее выполняется ультразвуковой контроль качества швов и измерение твердости нанесенного слоя металла. Твердость не менее 78 HRC.

Применение лазерной наплавки для восстановления лемехов плугов позволяет повысить твердость наплавленного слоя рабочей поверхности долота в среднем на 40-45% по сравнению с традиционными способами восстановления и является равноценным по сравнению с прототипом, исключая указанный недостаток. Износостойкость лемеха в условиях интенсивного абразивного изнашивания увеличивается на 40-50%. В результате долговечность восстановленных и упрочненных лемехов плугов при обработке почв, обладающих высокой изнашивающей способностью, увеличивается в среднем в 1,8-2,1 раза.

Изобретение относится к способу восстановления изношенных деталей с применением лазерной наплавки и может быть использовано при восстановлении изношенных лемехов плугов. После закрепления лемеха на поверхности рабочего стола роботизированной системы осуществляют нанесение на заданных режимах расплавленного порошка с перекрытием наплавленного шва до 25 % до формирования заданной 3D-модели лемеха плуга. В качестве износостойкого материала используется смесь порошков, включающая 43-48 % железной основы в виде ПГ-С27 «Сормайт» с размером частиц 80 мкм, 50-55 % упрочняющей фазы в виде карбида вольфрама c размером частиц 15 мкм и 2 % нанопорошка оксида алюминия Al₂O₃ с размером частиц 70 нм. Способ обеспечивает получение твердости не менее 78 HRC и высокую износостойкость восстановленных лемехов плугов в условиях интенсивного абразивного изнашивания.

Способ восстановления лемехов плугов с одновременным упрочнением, включающий послойную лазерную наплавку рабочей поверхности лемеха износостойким материалом, отличающийся тем, что лазерную наплавку осуществляют по форме 3D-модели с формированием рабочей поверхности лемеха, при этом используют износостойкий материал, состоящий из смеси порошков, содержащей 43-48% железной основы в виде ПГ-С27 «Сормайт» с размером частиц 80 мкм, 50-55% упрочняющей фазы в виде карбида вольфрама c размером частиц 15 мкм и 2% нанопорошка оксида алюминия с размером частиц 70 нм.