Влияние термической обработки на износостойкость стали, применяемой для изготовления ножей куттера

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ СТАЛИ, ПРИМЕНЯЕМОЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НОЖЕЙ КУТТЕРА

Д.Д. Байнашев,

И.Л. Полянская,

В.А. Кораблев

Качество и себестоимость продукции зависит от долговечности режущего инструмента, используемого для переработки мяса.

На износостойкость рабочих органов измельчающих машин можно влиять различными методами, в том числе и термической обработкой.

В данной работе исследовано влияние термической обработки на износостойкость стали, применяемой для изготовления ножей куттера.

Как показала практика, их износостойкость недостаточно высока при переработке мяса северного оленя, обладающего повышенной жестокостью.

Для испытания образцов стали на износостойкость нами разработана и изготовлена экспериментальная установка.

По кинематическому признаку все машины для испытания на износ малых образцов делятся на два класса [1]: 1- машины поступательного движения и 2- машины возвратно-поступательного движения. Внутри каждого класса машины разделяются на две группы: 1) машины торцевого трения и 2) машины трения по образующей. Внутри каждой группы различают две подгруппы: а) машины с коэффициентом взаимного перекрытия, стремящиеся к единице, и б) машины с коэффициентом взаимного перекрытия, стремящиеся к нулю (пальчиковые машины). Таким образом, имеется восемь различных типов машин.

Нами для испытания на трение и износ была изготовлена машина типа «II-I-б» (рисунок 1) согласно классификации [1].

Рисунок 1 − Схема установки для испытания металлов на трение

В ней от электродвигателя 1, коробку скоростей 2 и червячный редуктор 3 движение передавалось на ползунок 4. Длина хода ползуна регулировалась от 20 до 40 мм. Число двойных ходов в минуту составляло 2,3,5 и 10. Ползун изготавливался из инструментальной стали XB2 и обрабатывался на максимальную твердость NRC 62-64. Нагрузка на образец могла изменяться в широких пределах: от 20 до 200 кг/см². Одновременно можно было испытывать 4 образца. Образцы 5 помещают в обойму, которая обеспечивала самоустановление образцов, что обеспечивало приработку как первоначальную, так и после промежуточного взвешивания.

Установка была снабжена устройством 7, которое подсчитывало общее число двойных ходов за весь период работы. Кроме этого, в конструкцию установки входило устройство 8, которое позволяло проводить испытания по специальной программе.

Определение степени износа определялось путем взвешивания образцов на лабораторных аналитических весах. При исследовании износостойкости стали 40X13 после различной температурной обработки длина ода ползуна и число двойных ходов в минуту были постоянными и составляли соответственно 20 мм и 3 дв. хода/мин. Длительность испытания составляло 8 часов.

Было выявлено влияние температуры закалки и различных стадий образования карбидов на износостойкость стали 40X13 (рисунки 2, 3).

Рисунок 2 − Влияние температуры закалки и величины удельного давления на износостойкость стали 40X13

Как видно из рисунке 2, с повышением температуры закалки стали ее износостойкость возрастает. Причем, что характерно, когда сталь после закалки имеет структуру «мартенсит + карбиды», износостойкость зависит от величины удельного давления. Когда мы имеем дело со структурой «аустенит + карбиды», износостойкость стали в исследуемом диапазоне удельных давлений не зависит от их величины. Это указывает на высокую износостойкость аустенитной структуры стали 40X13.

На рисунке 3 показано влияние температуры отпуска на износостойкость стали 40X13, закаленной с различных температур. Как видно из рисунка 3, у сталей, имеющих после закалки структуру мартенсит + карбиды», характер изменения износостойкости с повышением температуры отпуска одинаковый. При повышении температуры отпуска до 200 ^°С износостойкость повышается. При дальнейшем повышении температуры отпуска износостойкость падает. Иначе говоря, образование зон, обогащенных углеродом, в интервале температур 20 - 200 ^ºС способствует повышению износостойкости стали. На этом же рисунке приведена зависимость износостойкости от температуры отпуска для стали, закаленной с температуры 1200 ^ºС, которая имеет после закалки структуру «аустенит + карбиды». Как видно из рисунка 3, износостойкость стали в исследуемом интервале температур практически не меняется.

Рисунок 3 − Влияние температуры закалки и отпуска на износостойкость стали 40X13 Нагрузка на образец - 37 кг/см²

износ сталь трение термический

Рост износостойкости обусловлен изменением химического состава пересыщенного α - твердого раствора - мартенсита. Повышение температуры закалки до 1200 ^ºС приводит к дальнейшему уменьшению количества карбидной фазы в структуре стали и изменяет ее фазовый состав. Однако, несмотря на это, износостойкость стали возрастает еще приблизительно в 2 раза.

Таким образом, приведенные результаты говорят о том, что температура закалки оказывает большое влияние на механические свойства закаленных сталей потому, что температура закалки влияет на механизм образования карбидов, что в свою очередь, определяет свойства сталей, работающих в агрессивных средах.

Литература

1.      Крагельский, И.В. Трение и износ. - М.: Изд-во «Машиностроение», 1968.

.        Отчет по НИР «Исследование механизма образования, формы, размеров и площади карбидной фазы при обычном отпуске и тепловой обработке в вакууме на износостойкость и долговечность стали 95X18Ш», ТюмГНГУ 1980-244 с. Шифр 34-77. УДК 669.111.35:539.4.015 № гос. регистр. 78003824.

.        Пелеев, А.И., Козорез, С.А. Некоторые вопросы рационального технологического оборудования мясной промышленности. − М.: Пищевая промышленность, 1971. - 214 с.

.        Муранов, Б.Д. Компания «Бокс Плюс» − ведущий российский производитель режущего инструмента. - М.: Мясная индустрия № 8, 2002. - 42 с.