14552 (Технологічне забезпечення відновлення дисків сошників зернових сівалок), страница 12

Наявність такої ділянки суттєво не зможе вплинути на експлуатаційні властивості відремонтованих дисків.

Максимальна твердість металу шва та необхідні геометричні параметри зварного з'єднання досягаються після 5-ти разового втиснення сталевої кульки при зусиллі навантаження 2,5кН (рис.4.4).

Рис.4.4 Зміцнення поверхні шва залежно від кількості вдавлень сталевої кульки N - кількість втиснень сталевої кульки на твердомірі Брінелля

Результати дослідження впливу хімічного складу шва на величину його зміцнення показано в табл. .4.4 Максимальне зміцнення шва має місце після п’ятиразового втиснення при значенні погонної енергії 3,310⁵ Дж/м.

Підвищення твердості металу шва внаслідок пластичного деформування зумовлене частковим подрібненням зерна аустеніту і виникненням більш насичених, чітко виражених площин ковзання 127 (внаслідок зсуву дислокацій) (рис.4.5а). Також, як показали результати досліджень, на поверхні шва утворилась структура мартенситу деформації (рис.4.5, б) 128, що зумовлює зростання твердості.

Таблиця 4.4

Вплив хімічного складу металу швів на їх поверхневе зміцнення

Із віддаленням від поверхні шва, по його поперечному перерізу, твердість знижується (рис.4.6). Результатами вимірювання мікротвердості по поперечному перерізу шва в місці зміцненої поверхні встановлено, що зміцнення металу до HV365. .418 для всіх швів сягає на глибину 0,5. .0,57мм. З віддаленням від поверхні твердість поступово знижується і вже на віддалі 0,95. .1,2мм. вона дорівнює початковій твердості різних за хімічним складом досліджених металів зварних швів.

Результати зміцнення швів, отримані прокатуванням роликами, істотно не відрізняються від зміцнення кулькою, а параметри режиму прокатування приведено нижче.

Рис.4.5 Структура металу шва після деформаційного зміцнення, ×400 а - аустеніт, б – мартенсит

Таким чином, введення операції прокатування шва роликами у технологічний процес ремонту дисків сошника забезпечить зміцнення металу шва до твердості HV385. .413 7,8. Відповідно це підвищить протидію металу поверхні шва до абразивного спрацювання під час експлуатації в польових умовах.

Контактне зміцнення з'єднання оцінювалось за результатами експериментальних досліджень. Вони передбачали випробування відремонтованих дисків на жорсткість та багатоциклову втому.

Рис.4.6 Розподіл мікротвердості металу за поперечним перерізом шва

Однак перед цим необхідно мати інформацію про залишковий напружений стан у диску вже після прокатування шва роликами, оскільки одним із основних чинників, які впливають на втомну міцність зварного з'єднання є величина та характер залишкових напружень у зоні термічного впливу.

4.2 Зносостійкість диска з врахуванням напружено-деформованого стану робочої ділянки

4.2.1 Залишковий напружено-деформований стан у диску

Для визначення залишкового напружено-деформованого стану в коловому з'єднанні диска в роботі використано розроблений експериментально-розрахунковий метод 41,58. Він реалізується із застосуванням експериментальної інформації, що характеризує напружений стан у диску. Для експериментальної оцінки напружено-деформованого стану використовувався фізичний неруйнівний метод координатних сіток 52.

Отримані експериментальним способом значення величини деформації використовуються у математичному апараті для визначення залишкових зварювальних напружень в коловому шві при зварюванні сталі 65Г аустенітним швом. Кількість вимірювань експериментальних даних при визначенні параметрів забезпечувала статистичну обробку з довірчою ймовірністю 0,95. Отрипані значення в певній ділянці з'єднання диска підставлялися у спеціально розроблену програму, що реалізується з використанням розрахунку у програмному комплексі Maple 110. В результаті отримуються реальні числові значення залишкових напружень. Для опису поля залишкових пластичних деформацій застосовано функцію (розділ 3), що задовільняє умові гладкості на всьому проміжку його існування.

Відомо, що прокатування зварного зєднання роликами - один із ефективних способів зниження рівня залишкових напружень у деталі 44,140. В результаті усадження металу відбувається його рівномірне видовження і компенсація зварювальних деформацій стискування деформаціями видовження. Такий спосіб реалізації релаксації напружень найбільш прийнятний, з точки зору економічної доцільності, у випадку ремонту дисків сошника і зокрема зварного з'єднання сталі 65Г аустенітним швом. Більш істотне зрівноваження залишкового напруженого стану колового зварного з'єднання досягається при умові, коли ширина зони прокатування приблизно рівна ширині зони пластичних деформацій. Ефективність зниження залишкових напружень істотно залежить від діаметра, профілю і ширини роликів а також зусилля притискання. Враховуючи результати деформаційного зміцнення, а також особливості впливу параметрів режиму прокатування на зміцнення та рівень залишкових напружень 140 запропоновано наступні схема (рис.4.7) та параметри режиму прокатування:

технологічна схема прокатування - одним роликом по робочій ділянці

профіль ролика - з циліндричним поясом та конічною боковою частиною;

діаметр ролика - 30 мм;

ширина робочого пояска ролика - 5 мм;

зусилля притискання - 2,68 кН;

кількість проходів по робочій ділянці диска - 4.

Рис.4.7 Схема прокатування шва і зони пластичних деформацій 1,2,3 - послідовність прокатування

Розподіл максимальних, в даному випадку тангенціальних (колових) залишкових зварювальних напружень в коловому з'єднанні диска після прокатування швів роликами та з подальшим застосуванням експериментально-розрахункового методу, зображено на рис.4.8

Результати свідчать, що найнижчий рівень залишкових напружень та оптимальні їх релаксація має місце у випадку застосування порошкового зварювального дроту типу “А” (40Г20).

Перевірка точності запропонованого експериментально-розрахункового методу визначення залишкових напружень у відремонтованому диску виконана експериментальним руйнівним методом 52, шляхом вирізання та вимірювання напружень тензодавачами опору. Похибка у величині напружень, що отримана з застосуванням експериментального руйнівного та експериментально-розрахункового способу, складає близько 7. .9%. При чому характер поля цих напружень на досліджуваній ділянці зварного з'єднання є адекватний із полем, яке отримане із застосуванням експериментально-розрахункового методу.

Визначення компонентів залишкового напружено-деформованого стану у відремонтованих дисках здійснювалось до та після прокатування робочої ділянки роликами. Визначена у конкретній точці величина деформації підставлялась у математичний апарат (формула 2.22) експериментально-розрахункового методу та із застосуванням програмного комплексу Maple розв’язувалась обернена задача і визначались залишкові напруження у коловому та радіальному напрямках. Результати показали, що оптимальні градієнти та величина залишкових напружень після пластичного деформування мають місце у диску, що відремонтований із застосуванням порошкового дроту “А” (40Г20) (рис.4.8). Залишкові напруження у радіальному напрямку є стискальними у робочій ділянці диска і з наближенням до краю вони зменшуються до нуля. У коловому напрямку вздовж осі шва залишкові напруження у ділянці термодеформаційного впливу і до краю диска є стискальними. Таким чином, у робочій ділянці відремонтованого диска присутні залишкові напруження стиску, що підвищує зносостійкість диска під час експлуатації в абразивному середовищі.

Рис.4.8 Розподіл напружень у робочій ділянці відремонтованого диска після пластичного деформування

Для одержання з’єднання, що забезпечує необхідні умови експлуатації, застосовувалось зварювання за один прохід з повним проплавленням. Мінімальні значення залишкових напружень мають місце при зварюванні на погонній енергії 3,310⁵ Дж/м. Остання забезпечується параметрами режиму зварювання, що запропоновані в табл.4.6

Таблиця 4.5

Параметри режиму зварювання

Із застосуванням програмного пакету для тривимірного твердотільного моделювання Solid Works 93 змодельовано диск сошника, який за геометричними параметрами (діаметр, товщина диска, висота та ширина шва) відповідає відремонтованому диску. З використанням програмного комплексу

Algor 114 диск розбивали на кінцеві елементи, і залежно від ділянок з'єднання задано певні фізико-механічні властивості. На підставі отриманих результатів встановлено, що максимальні еквівалентні напруження (у випадку статичного навантаження диска, що відповідає його деформуванню зумовленому дією грунту) носять локальний характер і їх величина не може зумовити руйнування диска.

Як свідчать результати досліджень у новому диску залишкові напруження у робочій ділянці є відсутні, тоді як у відремонтованому вони стискальні, і як відомо [149,152,154] їх величина може істотно впливати на зносостійкість матеріалу диска. В роботі проведено дослідження довговічності диска в умовах, близьких до умов під час експлуатації.

4.2.2 Зносостійкість диска

Внаслідок випробовування дисків на стійкість до спрацювання в лабораторних умовах на установці конструкції Бріннелля-Хауерта встановлено, що створені прокатуванням роликами напруження стиску у частині робочої ділянки підвищують зносостійкість металу відремонтованого диска в 1,7 рази порівняно із металом нового диска. Результати дослідження впливу величини та характеру напружень на стійкість відремонтованого диска до спрацювання представлено на рис.4.9 Зносостійкість визначали0 як маса металу m (кг), яка зносилась за одиницю часу t (секунда)

.

Рис.4.9 Залежність зносостійкості термічно-обробленої сталі 65Г від величини та характеру робочих напружень

-зносостійкість, Т -час зношення, m - маса металу, яка зносилась час випробовування 100±3 с, абразив - річковий пісок (Ø0,5. .0,6 мм)