Рабочий орган почвообрабатывающих машин

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ РАБОЧИЙ ОРГАН ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН(71) Заявители Открытое акционерное общество БелкардЗакрытое акционерное общество НаучноПроизводственная Компания Технология машиностроения и Объемно-поверхностная закалка(72) Авторы Кравченко Виктор ИвановичКостюкович Геннадий АлександровичКипнис Марат ЕфимовичДешук Николай АлександровичПекер Аркадий МоисеевичНикитин Сергей ИвановичЛернер Игорь СеменовичКуприянов Алексей Александрович(73) Патентообладатели Открытое акционерное общество БелкардЗакрытое акционерное общество Научно-Производственная Компания Технология машиностроения и Объемноповерхностная закалка(57) Рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутый объемно-поверхностной закалке с самоотпуском, включающий выполненные заодно элементы крепления, рабочую часть и тело, Фиг. 1 63832010.08.30 содержащее поверхностный слой из отпущенного мартенсита с твердостью 5560 и сердцевину из троостита или троосто-сорбита, или сорбита, отличающийся тем, что он выполнен из стали с идеальным критическим диаметром, равным 0,5-0,8 толщины тела,перепад твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины составляет не менее 10 , но не более 20 , элементы крепления имеют структуру и твердость сердцевины тела, рабочая часть выполнена из режущего и переходного участков, при этом режущий участок имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу, и полностью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной участок состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и расположен между телом и режущим участком, кроме того, отпущенный мартенсит режущего и переходного участков рабочей части выполнен с твердостью не более 64 .(56) 1. Башнин Ю.А. и др. Технология термической обработки стали. - М. Металлургия,1986. - С. 76-80. 2. Шепеляковский К.З. Поверхностная закалка сталей пониженной прокаливаемости при глубинном индукционном нагреве. - М. Машиностроение, 1968. - С. 42-44. 3. Патент РФ 2233570, МПК 7 А 01 В 15/00, 21/00, 23/00, 35/20, 39/20, С 22 С 38/02,38/56, 2002. 4. Патент РБ 7466, МПК 7 А 01 В 15/00, 21/00, 23/00, С 22 С 38/02, 38/56, 2002. Полезная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может быть использована для изготовления рабочих органов почвообрабатывающих машин,таких как лемеха, боковины (полевые доски) плугов, долотья плугов, отвалы и составные части отвалов, лапы культиваторов, диски борон, а также другие подобные изделия. Известны рабочие органы машин, выполненные из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутые объемно-поверхностной закалке 1, 2. Недостатком известных рабочих органов машин является то, что известные характеристики стали пониженной прокаливаемости обеспечивают необходимую прочность и долговечность только для сечений более 10 мм. Рабочие органы почвообрабатывающих машин обычно имеют более тонкое сечение, и известные характеристики стали пониженной прокаливаемости, в случае применения этой стали для их изготовления, не обеспечивают достаточной прочности и долговечности. Наиболее близким к заявляемому техническому решению и выбранным в качестве прототипа является рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутый объемно-поверхностной закалке с самоотпуском, включающий выполненные заодно элементы крепления, рабочую часть и тело, содержащее поверхностный слой из отпущенного мартенсита с твердостью 5560 и сердцевину из троостита или троостосорбита, или сорбита 3, 4. Однако данный рабочий орган почвообрабатывающих машин обладает следующими недостатками 1. Невозможно получить после закалки на однотипных рабочих органах одинаково высокую прочность и долговечность, которые обеспечивают их повторяемость. Это связано с тем, что рабочий орган выполнен из стали пониженной прокаливаемости, которая имеет очень широкий диапазон идеального критического диаметра, а также большой разброс по твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины. Поэтому за одно и то же время эксплуатации почвообрабатывающей машины величина предельно допустимого линейного износа каждого рабочего органа будет различна, что приводит к некачественной обработке почвы. 2 63832010.08.30 2. Возможны поломки элементов крепления при столкновении рабочей части рабочего органа с камнем. Это связано с тем, что элементы крепления выполнены с высокой твердостью и на их острых кромках после закалки возникают концентраторы напряжений в виде микротрещин, которые появляются из-за перегрева этих кромок во время нагрева всего рабочего органа под закалку. 3. Возможны поломки в месте перехода рабочей части рабочего органа к его телу. Это связано с тем, что рабочая часть выполнена насквозь закаленной. 4. Неравномерная износостойкость рабочей части рабочего органа. Это связано с тем,что рабочая часть рабочего органа может быть выполнена с поверхностной твердостью в интервале от 55 до 60 . Сущность полезной модели заключается в следующем. Задачей заявляемого технического решения является создание рабочих органов почвообрабатывающих машин, имеющих одинаковые прочностные характеристики и одинаковый срок службы - долговечность при их серийном производстве. Техническим результатом полезной модели является обеспечение одинакового уровня прочностных характеристик и эксплуатационных свойств на каждом рабочем органе, т.е. получение оптимального сочетания высокой прочности и долговечности за счет применения стали пониженной прокаливаемости, химический состав которой связан соотношением с толщиной тела рабочего органа, и за счет обеспечения требуемого перепада твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины, при одновременном исключении поломок элементов крепления и поломок рабочего органа в месте перехода рабочей части к его телу, путем обеспечения в местах элементов крепления структуры и твердости сердцевины тела и создания переходного участка в рабочей части,состоящего из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела. Технический результат достигается тем, что предложен рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутый объемно-поверхностной закалке с самоотпуском, включающий выполненные заодно элементы крепления, рабочую часть и тело, содержащее поверхностный слой из отпущенного мартенсита с твердостью 5560 и сердцевину из троостита или троостосорбита, или сорбита, при этом он выполнен из стали с идеальным критическим диаметром,равным 0,5-0,8 толщины тела, перепад твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины составляет не менее 10 , но не более 20 , элементы крепления имеют структуру и твердость сердцевины тела, рабочая часть выполнена из режущего и переходного участков, при этом режущий участок имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу, и полностью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной участок состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и расположен между телом и режущим участком, кроме того, отпущенный мартенсит режущего и переходного участков рабочей части выполнен с твердостью не более 64 . Среди существенных признаков, характеризующих предложенный рабочий орган почвообрабатывающих машин, отличительными являются 1. Выполнение рабочего органа из стали с идеальным критическим диаметром, равным 0,5-0,8 максимальной толщины его тела, и с перепадом твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины не менее 10 , но не более 20 позволяет получать после закалки каждого рабочего органа оптимальное сочетание высокой прочности и долговечности, которое обеспечивает им повторяемость. Идеальный критический диаметр - параметр, характеризующий прокаливаемость стали, - диаметр прутка стали, который при закалке с бесконечно быстрым охлаждением поверхности приобретает в центре сечения прутка структуру полумартенсита, а на поверхности прутка - структуру мартенсита. 3 63832010.08.30 2. Выполнение элементов крепления со структурой и твердостью сердцевины тела позволяет исключить их поломки. 3. Выполнение рабочей части из режущего и переходного участков, при этом режущий участок имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу, и полностью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной участок состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и расположен между телом и режущим участком, что позволяет исключить поломки рабочего органа в месте перехода рабочей части к его телу. 4. Выполнение отпущенного мартенсита режущего и переходного участков рабочей части с твердостью не более 64 позволяет обеспечить равномерную и более высокую износостойкость рабочей части. Предложенное техническое решение применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а следовательно,соответствует условию промышленная применимость. Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научнотехнической и патентной документации на дату приоритета, в основной и смежной рубриках, показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения не известна, а следовательно, соответствует условию патентоспособности новизна. Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 (разрез А-А) показана конструкция предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин. Рабочий орган содержит выполненные заодно элементы крепления 1, рабочую часть 2 и тело 3. Рабочая часть 2 состоит из режущего участка 6 и переходного участка 7, при этом режущий участок 6 имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу, а переходной участок 7 имеет два поверхностных слоя 8 переменной толщины и центральный слой 9. Тело 3 имеет два поверхностных слоя 4 и сердцевину 5. Переходной участок 7 расположен между телом 3 и режущим участком 6. Рабочий орган выполнен из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью,подвергнутой объемно-поверхностной закалке с самоотпуском. Пример конкретного выполнения предложенного рабочего органа с толщиной его тела 3, равной 10 мм, для изготовления которого была взята сталь с пониженной прокаливаемостью с идеальным критическим диаметром, равным 0,5 толщины тела 3. Выбранная сталь обладает очень узким и стабильным интервалом значений глубины прокаливаемости, который зависит от ее химического состава и от технологии ее выплавки, и не могут быть раскрыты в этой заявке, т.к. являются ноу-хау. Рабочий орган подвергается объемно-поверхностной закалке при его сквозном нагреве с охлаждением водой и последующим самоотпуском. Технологические приемы и режимы при проведении объемно-поверхностной закалки и самоотпуска не могут быть раскрыты в этой заявке, т.к. являются ноу-хау. После выполнения объемно-поверхностной закалки и самоотпуска рабочий орган представляет собой следующую конструкцию. Поверхностные слои 4 тела 3 состоят из отпущенного мартенсита с твердостью не менее 58 , имеющего очень мелкую структуру с размером игл не более 6 мк и с пределом прочности не менее 3200 МПа. Поверхностные слои 8 переходного участка 7 и режущий участок 6 состоят из отпущенного мартенсита с твердостью не менее 64 , имеющего очень мелкую структуру с размером игл не более 6 мк и с пределом прочности не менее 3000 МПа. Сердцевина 5 тела 3 и центральный слой 9 переходного участка 7 имеют структуру троостосорбита с твердостью 4347 , на 15 меньше, чем твердость поверхностных слоев 4 и 8. Структура сердцевины 5 тела 3 и центрального слоя 9 переходного участка 7 имеет предел прочности не менее 1300 МПа и ударную вязкость не менее 0,9 ДМж/м 2. 4 63832010.08.30 Ширина режущего участка 6 составляет 60 размера рабочей части 2 рабочего органа. Рабочий орган с такой шириной режущего участка 6 может быть использован для обработки глинистой почвы. Переменная толщина отпущенного мартенсита поверхностных слоев 8 переходного участка 7 рабочей части 2 получена путем применения стали с пониженной прокаливаемостью. Пример конкретного выполнения предложенного рабочего органа с толщиной его тела 3, равной 10 мм, для изготовления которого была взята сталь с пониженной прокаливаемостью с идеальным критическим диаметром, равным 0,8 толщины тела 3. Выбранная сталь обладает очень узким и стабильным интервалом значений глубины прокаливаемости, который зависит от ее химического состава и от технологии ее выплавки, и не могут быть раскрыты в этой заявке, т.к. являются ноу-хау. Рабочий орган подвергается объемно-поверхностной закалке при его сквозном нагреве с охлаждением водой и последующим самоотпуском. Технологические приемы и режимы при проведении объемно-поверхностной закалки и самоотпуска не могут быть раскрыты в этой заявке, т.к. являются ноу-хау. После выполнения объемно-поверхностной закалки и самоотпуска рабочий орган представляет собой следующую конструкцию. Поверхностные слои 4 тела 3 состоят из отпущенного мартенсита с твердостью не менее 56 , имеющего очень мелкую структуру с размером игл не более 6 мк и с пределом прочности не менее 3200 МПа. Поверхностные слои 8 переходного участка 7 и режущий участок 6 состоят из отпущенного мартенсита с твердостью не менее 62 , имеющего очень мелкую структуру с размером игл не более 6 мк и с пределом прочности не менее 3000 МПа. Сердцевина 5 тела 3 и центральный слой 9 переходного участка 7 имеют структуру троостита с твердостью 4450 , на 12 меньше, чем твердость поверхностных слоев 4 и 8. Структура сердцевины 5 тела 3 и центрального слоя 9 переходного участка 7 имеет предел прочности не менее 1100 МПа и ударную вязкость не менее 0,8 ДМж/м 2. Ширина режущего участка 6 составляет 80 размера рабочей части 2 рабочего органа. Рабочий орган с такой шириной режущего участка 6 может быть использован для обработки песчаной почвы. Переменная толщина отпущенного мартенсита поверхностных слоев 8 переходного участка 7 рабочей части 2 получена путем применения стали с пониженной прокаливаемостью. Таким образом, данная конструкция предложенного рабочего органа обеспечивает оптимальное сочетание высокой прочности и долговечности, что позволяет исключать поломки рабочего органа в процессе его работы. Равномерная и высокая износостойкость рабочего органа обеспечивается отпущенным мартенситом, который формируется во время проведения объемно-поверхностной закалки из аустенита, имеющего действительное зерно 12-14 балла (средний диаметр зерна 0,0056-0,0027 мм). Кроме того, каждый рабочий орган одной номенклатуры имеет одинаковые прочностные характеристики и одинаковый срок службы за счет получения одинаковой глубины и структуры поверхностных слоев 4 и 8, а также ширины режущего участка 6. Для проведения экспериментальных сравнительных испытаний в качестве известного и предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин были изготовлены долотья плуга. Испытания проводились в полевых условиях. Результаты сравнительных испытаний известного и предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин - долота плуга - приведены в таблице. Известное Предложенное Параметры п/п долото долото 1. Толщина тела, мм 10 10 2. Идеальный критический диаметр стали, мм 16-18 5-8 Отношение идеального критического диаметра ста 3. 1,6-1,8 0,5-0,8 ли к толщине тела Величина перепада твердости между поверхност 4. 571415 ным слоем тела и центром ее сердцевины 5. Твердость отпущенного мартенсита рабочей части 55596264 Количество долот, имеющих после термообработки 6. 80 100 одинаковые прочность и долговечность,7. Количество поломок элементов крепления долот,15 поломок нет Количество поломок долот в месте перехода рабо 8. 25 поломок нет чей части к телу,Количество долот, имеющих одинаковый предельно 9. 50 100 допустимый линейный износ рабочей части,10. Долговечность,100 150 не менее Следует отметить, что изготовление предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин такой конструкции не представляет собой особой сложности, однако технология его изготовления является предметом НОУ-ХАУ и в данной заявке не рассматривается. Эксплуатация предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин является стандартной. Однако за счет своих более высоких прочностных характеристик эксплуатация предложенного рабочего органа может производиться в более тяжелых условиях работы, чем эксплуатация известного рабочего органа почвообрабатывающих машин. При этом предложенный рабочий орган почвообрабатывающих машин обладает высокой долговечностью и надежностью по сравнению с известным рабочим органом. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6