Вісник НАН України. 2015. № 9. С. 64–68.
https://doi.org/10.15407/visn2015.09.064

ГОГАЄВ Казбек Олександрович –
член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор,
завідувач відділу Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України

ВОЛОЩЕНКО Сергiй Михайлович –
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник
Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України

БЕЙНІТНИЙ ЧАВУН ДЛЯ ШВИДКОЗНОШУВАНИХ
ЗМІННИХ ДЕТАЛЕЙ ҐРУНТООБРОБНОЇ СІЛЬГОСПТЕХНІКИ

Розглянуто розроблену в Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України технологію виробництва литих лемешів і лап культиваторів з високоміцного бейнiтного чавуну. Наведено результати досліджень впливу термiчної обробки на властивостi високоміцного чавуну з бейнiтною структурою та данi польових випробувань литих зразків змінних деталей ґрунтообробної техніки.

Ключові слова: бейнiтний чавун, термічна обробка, висока зносостiйкiсть, ґрунтообробна техніка.

В агропромисловому комплексі України широко використовують ґрунтообробну техніку з різним навісним і напівнавісним устаткуванням – культиватори, копачі, розпушувачі, плуги тощо. Безпосередньо для обробки ґрунту застосовують змінні деталі – лемеші на плугах, лапи культиваторів, диски для дискових плугів, борін, копачів тощо. Незважаючи на значне (з 30 до 18 млн га) зменшення оброблюваних площ, щорічна потреба у таких змінних деталях тримається на досить високому рівні: 700–750 тис. шт. лап культиваторів, 600–650 тис. шт. дисків для дискових плугів, близько мільйона лемешів. Якість змінних деталей вітчизняного виробництва, на жаль, залишає бажати кращого, середній наробіток сталевих лемешів з наплавленим лезом становить 30–35 га, а без наплавлення – менш як 20 га. Аналогічна картина спостерігається і для інших змінних деталей ґрунтообробної техніки. Імпортні навісні деталі мають у кілька разів вищий ресурс, але вони в 5–8 разів дорожчі і, крім того, не придатні для встановлення на устаткування вітчизняного виробництва.

У зв’язку з цим значний практичний інтерес становить використання бейнітного високоміцного чавуну з кулястим графітом для виробництва лемешів та інших деталей ґрунтообробної техніки, які потребують високої зносостійкості й міцності. Цей матеріал широко застосовують для важконавантажених деталей, що працюють в умовах абразивного зносу [1–7], на заміну виробів з легованих сталей. Високий ресурс та необхідна експлуатаційна надійність деталей з бейнітного чавуну залежать від структурно-фазового стану, що формується в процесі лиття та подальшої термічної обробки [1, 8].

В Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України було розроблено технологію виробництва литих лемешів і лап культиваторів з високоміцного бейнiтного чавуну. Дослідні зразки лемешів і лап культиваторів, виготовлені за цією технологією, випробовувалися в агрогосподарствах Київської, Черкаської, Одеської та Полтавської областей України. Фактичний наробіток литих лемешів з бейнітного високоміцного чавуну з кулястим графітом за період з 2009 по 2011 р. (5 сільськогосподарських сезонів) становив понад 102 га на одиницю. Для порівняння, першим лемешем у 8-корпусному плузі ПЛН-8-35 встановлювали сталевий леміш з наплавленням серійного виробництва, і його наробіток був на рівні лише 18–21 га, що потребувало його постійної заміни.

Аналогічні результати отримано під час експлуатації литих лап культиваторів з урахуванням зміненої конструкції робочої частини при виготовленні. Культивацію проводили на високогумусних чорноземах. Використовували культиватори КПС-4ПП, на яких встановлювали 9 литих лап і 9 лап серійного виробництва зі сталі 65Г (загартування в маслі). За час випробувань упродовж 2011–2014 рр. (шість сезонів) наробіток на одну дослідну лапу становив 150 га, тоді як серійні сталеві лапи лише за період експлуатації з 2011 по 2012 р. довелося поміняти чотири рази. При цьому литі лапи мають гостру робочу кромку, особливо в носовій частині, і можуть експлуатуватися надалі, на відміну від серійних, які втрачають робочу форму внаслідок зносу та вигину.

Нещодавно на замовлення приватного підприємства органічного землеробства «Агроекологія» було виготовлено дослідно-промислову партію лап культиваторів удосконаленої конструкції, що забезпечує підрізання кореневої системи бур’яну на глибинах 20–40 мм. Цю партію у кількості 200 шт. призначено для обробітку 10 000 га орних угідь агропідприємства в Полтавській області.

За запропонованою нами технологією литі лемеші і лапи культиваторів виготовляли з бейнітного високоміцного чавуну такого хімічного складу: 3,1–3,2% С; 2,4–3,2% Si; 0,3% Mn; 0,01–0,02% Cr; 0,02% P; 0,02% S. З огляду на економічну доцільність вміст легуючих компонентів обмежили до 0,4–0,6% Ni; 0,3–0,5% Cu; 0,2–0,35% Mo. Плавку проводили в індукційній електропечі ІСТ-0,4, температуру рідкого чавуну перед випуском контролювали за допомогою термопари і підтримували на рівні 1460–1480°С. Рідкий чавун виливали з печі в ківш, прогрітий заздалегідь до 700–800°С. З метою отримання кулястого графіту на дно ковша вводили виготовлений методом прокатки композиційний комплексний модифікатор у кількості 2,0–2,2% від маси рідкого металу. Метод прокатки дозволяє виготовляти модифікатори із заданим складом, що забезпечує стабільність результатів модифікування [9]. Модифікатор МКК1 містить 8,5% Mg; 8% Са; 2,5% Ва; 17% Аl; 12% Fe; 15% феросиліцію ФC-75; 3,5% рідкісноземельних металів; 12% флюориту. Повний текст