ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗИФИЦИРУЕМЫХ ПЕНОМОДЕЛЕЙ И СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ИЗНОСОСТОЙКИМ НАПЛАВОЧНЫМ ТВЕРДОСПЛАВНЫМ ПОКРЫТИЕМ И ИХ ПОСЛЕДУЮЩАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 604 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗИФИЦИРУЕМЫХ ПЕНОМОДЕЛЕЙ И СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ИЗНОСОСТОЙКИМ НАПЛАВОЧНЫМ ТВЕРДОСПЛАВНЫМ ПОКРЫТИЕМ И ИХ ПОСЛЕДУЮЩАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА 1Тилабов Б.К., 2Собиржонов Н.Ш., 2Эргашева Ш.И., 3Акмалжонов О.А. (1д.т.н., профессор заведующий кафедрой «Материаловедение и современные инновационные технологии» ([email protected]), 2одарённые магистры 2-курса, 3магистр 1курса Совместного Белорусско-Узбекского государственного межотраслевого института прикладных технических квалификаций в городе Ташкенте) https://doi.org/10.5281/zenodo.17814026 Аннотация. Мaqolada borona tishlari penomodellarini olish va quyma detallarini qattiq qotishmali qoplamalar bilan qoplashning ketma-ketlik usullari ko‘rilgan. 35GL po‘latining qoplama tarkibi, xossalari va strukturalari o‘rganilgan. Quyma namunalarning qattiqligi, yuza va yuzaosti qatlamining mikroqattiqliklari aniqlangan. Ikki marta faza qayta kristallanish, termik ishlov berishning optimal rejimlari ishlab chiqilgan va ularning yeyilishga bardoshliligi va uzoq muddatli ishlashi 3-4 martaga oshganligi isbotlangan. Аннотация. В статье рассматрены поэтапные методы получения пеномоделей и литых деталей зубьев бороны с износостойким твердосплавным покрытием. Изучены составы, свойства и структуры покрытий из стали 35ГЛ. Определены твердость и микротвердость поверхностных и подповерхностных слоев образцов. Разработаны оптимальные режимы термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией, которые доказывает повышение износостойкости и долговечности готовых деталей в 34 раза. Annotatio. The article discusses step-by-step methods for obtaining foam models and cast parts of harrow teeth with a wear-resistant hard-alloy coating. The compositions, properties and structures of coatings made of steel 35GL have been studied. The hardness and microhardness of the surface and subsurface layers of the samples were determined. Optimal modes of heat treatment with double phase recrystallization have been developed, which proves an increase in wear resistance and durability of finished parts by 3-4 times. Kalitli so‘zlar: gazlanuvchi model, qattiq qotishmali qoplama, 35GL po‘lati, qattiqlik va mikroqattiqlik, makrotuzilish va mikrostruktura, ikki marta faza qayta kristallanish termik ishlov berish, abraziv yeyilish. Ключевые слова: газифицируемая модель, твердосплавная покрытия, сталь 35ГЛ, твердость и микротвердость, макростроение и микроструктура, термическая обработка с двойной фазовой перекристаллизацией, абразивная износостойкость. Key words: gasified model, hard alloy coatings, 35GL steel, hardness and microhardness, macrostructure and microstructure, heat treatment with double phase recrystallization, abrasive wear resistance. Введение. В настоящее время повышение износостойкости и долговечности THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 605 поверхностных слоев литых стальных деталей в автотракторосельхозмашиностроении является весьма актуальной проблемой. Большинство деталей сельскохозяйственных и почвообрабатывающих машин и механизмов выходят из строя в результате поверхностного разрушения под воздействием твердых абразивных частиц, попадающих в зону трения [1,2]. Расходы на ремонт или восстановление в настоящее время по республике составляют десятки миллиардов сум. В этих условиях экономически выгодным является любое удлинение срока службы литых деталей путем увеличения их износостойкости и долговечности, т.к. ремонт и восстановление деталей не всегда обеспечивают необходимые качества изделий [3,4]. Поэтому большинство деталей вышеуказанных машин изготовляются литьем без покрытия из стали или чугуна, а срок годности этих деталей не превышает одного сезона, так как они во время работы быстро изнашиваются. К таким деталям относятся литые зубья бороны, которые изготовляются на предприятиях республики и испытываются в полевых условиях при обработке почвы. Полученные результаты показывают, что ресурс зубьев бороны составляет 35-40 га обрабатанной земли. Недостатками первого варианта являются недостаточная твердость и износостойкость, второго – большой расход дефицитных твердых сплавов, а третьего – применение нестандартных марок сталей. Целью данной работы является разработка технологии изготовления пенополистироловых моделей и получения литых деталей почвообрабатывающих машин с износостойким твердосплавным сормайтовым покрытием и последующей высокой абразивной износостойкостью. Объектом исследований были детали зубьев бороны, испытывающие интенсивный абразивно-коррозионный износ при бороновании почвы. Методика проведения исследований. По предлагаемым технологиям при помощи пресс-формы сначала получается пеномодели (рис.1а) и покрывается износостойким твердосплавным покрытием (рис.1б,в), затем пеномодели располагаются горизонтально, а их рабочая поверхность кверху и формуется в литейную опоку-контейнера, а потом заливается жидкий металл при температуре 1600-16500С через литниковую систему при сифонном подводе металла. Расплавленный металл подавался непосредственно на пеномодель. Под действием этого расплава полистирол газифицируется, и образующая полость заполняется металлом по составу, соответствующему стали марки 35ГЛ. Таким способом изготовляются пеномодели и литые стальные детали зубьев бороны (рис.1г) с износостойким твердосплавным покрытием на предприятие АО «Metallmexqurilish» [5]. Рис.1. Склеенные пеномодели и стальные зубьев бороны 3БЗС-1,0: а-пеномодели; бпеномодели с покрытием по основным изнашиваемым поверхностям; в-пеномодели по всему изнашивающему поверхностному покрытию; г-литые стальные детали зубьев бороны с износостойким твердосплавным покрытием и последующим термическим THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 606 упрочнением. Процесс склеивание литниковой системы. Перед формовкой хорошо просушенные пеномодели склеиваются на круглом или гайкообразном кольце моделя с помощью литниковой системы (см.рис.1а,б,в). Все пеномодели должны склеиваться специальными клеями и сушиться при нормальной комнатной температуре. Склеенные пеномодели размещают в металлическую опоку контейнера, засыпают постель из сухого кварцевого песка, уплотняют ручной или автоматической вибрацией, а потом в заданном положении устанавливают модель с литниковой системой при помощи керамических трубок для разливки расплава. Литниковая система позволяет обеспечить практически постоянную скорость подъема металла в форме. Окончательную формовку осуществляли следующим образом. На дно нижней части опоки контейнера засыпали постель из сухого песка, уплотняли вибрацией и затем в нужном положении устанавливали пеномодель с литниковой системой при помощи керамических трубок. Керамическая трубка предназначена в основном для разливки стали. После этого опоку заполняли песком вручную или автоматической вибрацией доверху. Уплотненную таким образом форму накрывали перфорированным металлическим листом с отверстиями для прохода газов, устанавливали литниковую чащу и груз. Затем опоки контейнера с формовочного участка отправляли через конвейер на заливочный участок и по очередности заливали жидкий металл. После заливки жидкого расплава опоки контейнера остывали на воздухе в течение определенного времени, раскрывали и получали качественную готовую стальную отливку детали зубьев бороны с износостойким твердосплавным покрытием типа «сормайт» ПГ-С27 с толщиной слоя покрытия 2-4 мм [5]. В работе исследуется состав твердого сплава типа сормайт ПГ-С27. Выбор состава наносимого покрытия производился по двум критериям: 1-покрытие должно отвечать требованию 3-5 – кратного увеличения износостойкости по сравнению с износостойкостью стальной основы; 2-покрытие должно включать доступные и недорогие компоненты и отличаться простотой технологией его нанесения. Исходя из этого, в качестве покрытия на рабочей поверхности зубьев бороны выбрали твердый сплав типа сормайт, а в качестве связки использовали раствор 4%-го поливинилбутираля в спирте. Результаты исследований и их обсуждение. Для проверки толщины слоя отливки взяли готовую стальную деталь зубьев бороны с износостойким твердосплавным покрытием (рис.2а), вырезали кусок шлифа для макро - и микроисследования (рис.2б,в), затем его отшлифовали и отполировали (рис.2г), а потом промыли и травили специальным травителем для выявления поверхностного покрытия толщиной слоя 2-4 мм (рис.2д). Толщина слоя более явно и визуально представлено [5] на макроструктуре (рис.2е). THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 607 Рис.2. Готовые отливки деталей зубьев бороны и вырезанные образцов с твердосплавным сормайтовым покрытием: а-стальная деталь зубьев бороны; б,ввырезанные куски образца детали; г-шлифованный и полированный образец; д-травленный образец с толщиной покрытия 2,5 мм; е-макроструктуры специально приготовленного стального образца с толщиной слоя 3,0 мм. Оптимальные режимы термической обработки. Эти образцы подвергали различным режимам термической обработки. Термическую обработку литых образцов с износостойким твердосплавным покрытием проводили в лабораторных печах, а натурных изделий – в термической камерной печи при различных температурах нагрева: 1) Смягчающий отжиг при температуре 700-7200С в течение двух часов, а охлаждение вместе с печью; 2) Термическая обработка, закалка образцов с нагревом до температуры от 900 до 11500С, а охлаждение в масле или на воздухе; 3) Отпуск при различных температурах нагрева 3000С, 4500С, 5000С, 5500С, 6000С. Время выдержки образцов при отпуске - 1,5 часа, а охлаждение на воздухе; 4) Двойная закалка. Образцы после первой закалки с различных температур нагрева и промежуточного отпуска 4500С-6000С подвергали повторному нагреву до 925-9400С, закаливали, охлаждали в масле и отпускали при температуре 3000С. Двойная закалка [6-8] используется впервые для увеличения износостойкости твердосплавных литых деталей. После двойной закалки повышаются твердость, микротвердость и, особенно, износостойкость твердосплавных образцов и деталей в 3-4 раза по сравнению с серийными изделиями. Микроскопические исследования проводили в соответствии с рекомендациями [6]. Для травления стальных шлифов из твердосплавного покрытия применяли травитель следующего состава: 1. Азотная кислота; 2. Спирт этиловый – 45 м; 3. Вода – 100 мл. Микроскопические исследования проводили на микроскопах МИМ-8М и Neophot-21 при различных увеличениях. Размеры образцов были 15х15, 15х20, 20х20, 20х22 мм. Исследования микроструктуры образца №20, полученного при литье по газифицируемой модели с износостойким твердосплавным покрытием из порошка типа сормайт ПГ-С27 с толщиной слоя 3 мм показали, что на поверхности слоя структура эвтектическая. При дальнейшем охлаждении участки аустенита превращаются в продукты его распада, но скорее всего испытывают мартенситное превращение. Усимой «корочки» эвтектическая часть структуры вообще отсутствует. Причем, глубина эвтектической зоны 1,5-2,0 мм, а THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 608 глубина доэвтектической зоны до границы перехода к основному металлу 2,0-2,5 мм. На рабочей поверхности покрытия на глубину до 1,5÷3,0 мм формируется структура эвтектики со столбчатыми кристаллами карбидов типа Cr7C3 и Cr23C6. Структура металлической основы эвтектики не разрушается, но судя по общей твердости НRС=53÷57 она мартенситная с наименьшим количеством остаточного аустенита. Рентгеноструктурный фазовый анализ проводили с целью определения фазового состава чугуна, процентного соотношения фаз, уровня дефектности кристаллической решетки металлической основы чугуна, состояния твердого раствора в железе [9]. Исследования проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2,0 при съеме рентгенограммы в режиме автоматической записи в интервале углов 30-1600 на излучении железного анода. В результате определены карбиды М7C3, М23C6 и др. Для проведения испытаний на абразивный износ брали образцы из твердосплавного покрытия с размерами 70х35х15 мм. Специально приготовленные образцы до и после испытаний взвешивали на аналитических весах ВЛА-200г-М с точностью до 0,1 мг, а испытания на абразивный износ проводили на машине трения ПВ-7. Образцы были до и после одинарной и двойной термической обработки. Хорошие результаты по износостойкости образцов получены после оптимальной термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией с твердостью НRС=58÷62 [6,8]. Термически обработанные литые образцы и детали с износостойким твердосплавным покрытием [10] испытывали в полевых условиях различных областей (районов) Республики Узбекистан. Выводы. Исходя из вышеприведенного можно сделать вывод о том, что термически обработанные литые детали зубьев бороны с износостойким твердосплавным покрытием испытана в различных полевых условиях республики. Результаты испытания показали, что опытно-экспериментальные литые детали зубьев бороны без твердосплавного покрытия в 1,3 раза, с твердосплавным покрытием в 2,5-2,8 раза, с износостойким твердосплавным покрытием после термической обработки с двойной фазовой перекристаллизацией в 3,5-4,0 раза повышают свою износостойкость и долговечность по сравнению с серийными изделиями. Данная инновационная технология внедрена в производство АО «Metallmexqurilish» с наилучшим экономическим эффектом. ЛИТЕРАТУРА 1. Ткачев В.Н. Износ и повышение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин. – М.: Машиностроение, 2004. - 297 с. 2. Севернев М.М. Износ деталей сельскохозяйственных машин. – Л.: Колос, 2005. - 295 с. 3. Комаристов В.Е. Сельскохозяйственные машины и их работы. – М.: Колос, 2006. - 283 с. 4. Ниловский И.А. Из опыта работ по изысканию способов повышения износостойкости лемехов и других деталей сельскохозяйственных машин. - В сб.: Повышение износостойкости лемехов. – М.: Машгиз, 2007. - С. 202-212. 5. Тилабов Б.К. Технология изготовления литых деталей с твердосплавными и износостойкими покрытиями // Научно-технический и производственный журнал. Горный вестник Узбекистана. – Навои. НГГИ. №39. 2009. - С.87-90. 6. Мухамедов А.А. Влияние параметров структуры термически обработанной стали на абразивную износостойкость // Известия ВУЗов. – Черная металлургия, 2009. №7. - С.115. THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 609 7. Мukhаmedov А.А. Тhe influence of thermal pistory on the structure and properties of steel – the physics of Metals and Metallography. – Moskov. Vol. 74. №5. 2010. - P.482-487. 8. Тилабов Б.К. Термическая двойная закалка как эффективный метод экономии материальных ресурсов // Труды III Международной НТК, г. Тольятти: Тольяттинский государственный университет, 12-14 октября 2011 г. – Россия, 2011. - С.312-317. 9. Миркин Л.И. Рентгенографическое исследование высокотемпературной термической обработки малоуглеродистой стали // Известия ВУЗов. – Черная металлургия, 2013. №10. - С. 152-157. 10. Tilabov B.K. Wear resistance of constructional materials and structure of the built-up firm alloys // Science, Technology and Higher Education. Materials of the International research and practice Conference. April 28-29, 2016. Westwood. – Canada, 2016. - P.180-187.