Лемех плуга

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Константинов Валерий Михайлович Ткаченко Глеб Александрович Лашкевич Олег Евгеньевич(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Лемех плуга, включающий имеющее элементы крепления тело, содержащее поверхностный слой и сердцевину, и рабочую часть в виде лезвия или острия, отличающийся тем, что выполнен из углеродистой конструкционной стали, рабочая часть содержит поверхностный слой, выполненный со структурой износостойкого легированного азотом мартенсита отпуска, и сердцевину со структурой мартенсита отпуска, кроме того, поверхностный слой тела выполнен со структурой легированного азотом троостомартенсита отпуска или троостита и сорбита. 14064 1 2011.02.28 Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к сменному инструменту, почвообрабатывающих машин, и может быть использовано при изготовлении рабочих органов почвообрабатывающих машин, таких как лемеха, отвалы,полевые доски плугов, лезвия, диски сошников посевных и посадочных машин, долота,лапы, диски бороны, зубья бороны и другие. Известен рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный в виде лемеха 1, включающий имеющее элементы крепления тело и рабочую часть в виде лезвия или острия, изготовленный из углеродистой конструкционной стали, подвергнутой термообработке. Однако лемех из углеродистой конструкционной стали, подвергнутый термической обработке, имеет небольшой ресурс эксплуатации в полевых условиях из-за следующих недостатков детали после закалки и среднего отпуска имеют твердость 450-510 на поверхности и сердцевине с микроструктурой троостита, которая не обеспечивает достаточной износостойкости при эксплуатации рабочей части. Однако такая структура является оптимальной для придания детали высокой ударной вязкости. детали, подвергнутые закалке и низкому отпуску, имеют твердость на поверхности и сердцевине 550-660 со структурой мартенсита отпуска и остаточного аустенита. Такая структура является оптимальной для работы в жестких абразивных условиях, однако обладает малой ударной вязкостью, и сильный удар о камень приводит к хрупкому разрушению тела лемеха по крепежным отверстиям, которые являются концентраторами напряжений. Известен рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный в виде лемеха 2,вариант, включающий имеющее элементы крепления тело, содержащее поверхностный слой и сердцевину, и рабочую часть в виде лезвия или острия, при этом лемех выполнен из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью с содержанием углерода от 0,40 до 0,80 мас. , подвергнутой объемно-поверхностной закалке с самоотпуском или отпуском в печи, при этом его тело и рабочая часть выполнены с микроструктурой в виде отпущенного мартенсита с размером действительного зерна аустенита в пределах более 11 балла, но не более 14 балла и с твердостью 55-60 . Однако лемех плуга, изготовленный с сечением менее 12 мм, из углеродистых сталей с пониженной прокаливаемостью имеет следующие недостатки детали, подвергнутые объемно-поверхностной закалке с самоотпуском или отпуском в печи имеют на поверхности и в сердцевине структуру мартенсита отпуска и остаточного аустенита с твердостью 600-700 . Данная структура обеспечивает повышение износостойкости, но обладает малой ударной вязкостью, что вызывает хрупкое разрушение по крепежным отверстиям при ударе о камень. Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный в виде лемеха 2,вариант,включающий имеющее элементы крепления тело, содержащее поверхностный слой и сердцевину, и рабочую часть в виде лезвия или острия, при этом лемех выполнен из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью с содержанием углерода от 0,40 до 0,80 мас. ,подвергнутой объемно-поверхностной закалке с самоотпуском или отпуском в печи, при этом поверхностный слой тела и рабочая часть выполнены с микроструктурой в виде отпущенного мартенсита с размером действительного зерна аустента в пределах более 11 балла,но не более 14 балла и с твердостью 55-60 , а сердцевина тела выполнена с микроструктурой в виде троостита или троостосорбита, или сорбита с твердостью 34-46 . Недостатками прототипа являются Лемех из углеродистых сталей с пониженной прокаливаемостью обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, благодаря высокой поверхностной твердости 600700 и структуре мартенсита отпуска с остаточным аустенитом, а вязкая сердцевина со структурой троостосорбита, троостита или сорбита и твердостью 330-460 обеспечи 2 14064 1 2011.02.28 вают деталь ударной вязкостью. При такой структуре предел прочности составляет 20002600 МПа поверхности, а сердцевины 1100-1500 МПа. Однакодля продолжительной и стабильной работы в жестких условиях абразивной среды, глубины упрочненного износостойкого мартенситного слоя в 2-5 мм для деталей с сечением более 12 мм недостаточно,т.к. после выработки слоя обнажается мягкая сердцевина рабочей части лемеха, что ведет к интенсивному износу рабочей части. Углеродистые стали с пониженной прокаливаемостью являются дорогостоящими и мало применяемыми на заводах для серийного производства рабочих элементов почвообрабатывающих машин. Изготовление лемеха плуга из углеродистых сталей с пониженной прокаливаемостью требует высокой культуры производства и технологической дисциплины. Углеродистые стали с пониженной прокаливаемостью отличаются нестабильностью по химическому составу, в частности по кремнию и марганцу, по этой причине происходят изменения структуры в сердцевине тела лемеха, после термической обработки. В сердцевине вместо структур троостита или троостосорбита, или сорбита с твердостью 330-460 образуется твердая, но хрупкая износостойкая структура мартенсита отпуска,которая обладает малой ударной вязкостью, что вызывает хрупкое разрушение по крепежным отверстиям при ударе о камень. Задачей, решаемой изобретением, является увеличение износостойкости, устранение хрупкого разрушения лемеха плуга по крепежным отверстиям при ударе о камень во время эксплуатации в полевых условиях, за счет изменения однородной (гомогенной) структуры лемеха плуга для придания элементу необходимых качеств, износостойкости и механической прочности. Поставленная задача достигается тем, что лемех плуга, включающий имеющее элементы крепления тело, содержащее поверхностный слой и сердцевину, и рабочую часть в виде лезвия или острия, выполнен из углеродистой конструкционной стали, рабочая часть содержит поверхностный слой, выполненный со структурой износостойкого легированного азотом мартенсита отпуска, и сердцевину со структурой мартенсита отпуска, кроме того, поверхностный слой тела выполнен со структурой в виде легированного азотом троостомартенсита или троостита и сорбита. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2 (разрез А-А) показаны конструкции. Лемех плуга содержит рабочую часть 1 в виде лезвия или острия, тело 2 с элементами крепления. Тело 2 имеет поверхностный слой 3 и сердцевину 4, рабочая часть имеет поверхностный слой 5 и сердцевину 6. Лемех плуга выполнен из углеродистой конструкционной стали, подвергнутый поверхностному легированию азотом и объемно-поверхностному упрочнению-закалке и отпуску. Недостатки прототипа, которые устраняет изобретение, фиг. 3, - хрупкое разрушение по концентраторам напряжений - крепежным отверстиям. На фиг. 4 - линейный износ лемеха плуга из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, со структурой поверхности рабочей части мартенсита отпуска и со структурой сердцевины троостосорбита,сорбита или троостита рабочей части А, лемех плуга из углеродистой конструкционной стали, со структурой износостойкого легированного азотом мартенсита отпуска поверхности рабочей части и структурой мартенсита отпуска сердцевины рабочей части Б. Лемех плуга подвергается диффузионному поверхностному легированию двумя элементами и объемному упрочнению - закалке и отпуску, что позволяет изменить однородную (гомогенную) структуру закаленной стали на неоднородную (макрогетерогенную) структуру поверхности, сердцевины лемеха придав высокую твердость, механическую прочность, а также снизить коэффициент трения поверхности, лемеха об абразивные частицы почвы 3, тем самым уменьшить тяговые усилия, что приведет к экономии топлива. Высокая поверхностная твердость 900-1100 рабочей части лемеха, достигаемая за 3 14064 1 2011.02.28 счет легирования, обеспечивает меньшее внедрение, и резание поверхности абразивными частицами почвы, значение твердости которых сопоставима с твердостью поверхности рабочей части 900-1500 . После операции диффузионного легирования и термической обработки конструкция лемеха представляет собой макрогетерогенную структуру. Рабочая часть 2 лемеха плуга состоит из двух износостойких слоев с разными характеристиками поверхностный слой 5 имеет износостойкую структуру легированного азотом мартенсита отпуска и остаточного аустенита величиной от 0,7-1,0 мм с твердостью 900-1100 и пределом прочности 2200-2700 МПа. Содержание легирующего элемента - азота 0,10,8 мас. сердцевина 6 с износостойкой структурой мартенсита отпуска и остаточного аустенита с твердостью 550-660 с пределом прочности 2000-2500 МПа. Тело 1 лемеха плуга состоит из следующих структурных составляющих поверхностный слой 3 имеет легированную азотом троостомартенситную или трооститную и сорбитную структуру с твердостью 330-510 с пределом прочности 15002000 МПа. Содержание легирующего элемента - азота 0,1-0,8 мас. сердцевина 4 представляет собой трооститную и сорбитную структуры с твердостью 330-460 с пределом прочности 1100-1500 МПа. Таким образом, сформированная макрогетерогенная структура, обеспечивает высокую износостойкость и прочность рабочей части лемеха, а телу придает высокую ударную вязкость, что позволяет устранять хрупкое разрушение в процессе эксплуатации по крепежным отверстиям. Характеристики деталей с сечением 12 мм представлены в таблице. Структура рабочей части Слой Твердость лемеха плуга мм легированный азотом диффузионное мартенсит отпускаоста- 1,0 900-1100 Углеродистая конструклегирование и точный аустенит ционная (65 Г, 40 Х и др.) термическая мартенсит отпускаостаобработка 10 550-660 точный аустенит Углеродистая конструкци- термическая мартенсит отпускаоста 3 600-700 точный аустенит онная пониженной прока- обработка с ливаемости (60 ПП и др.) самоотпуском троостит и сорбит 6 330-460 Стали Эксплуатация предложенного лемеха плуга является стандартной. Однако, за счет сформированной макрогетерогенной структуры, лемех обладает более высокими показателями эксплуатационных характеристик на любых типах почв, так как в нем сочетаются, высокая износостойкость рабочей части и отсутствие хрупкого разрушения тела по крепежным отверстиям. Это значительно отличает его от известных лемехов плугов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5