Wear resistant hard alloys for agricultural machines elements

Abstract

Для заміни вольфрамокобальтових твердих сплавів, які використовують для виготовлення зносостійких деталей та різальних елементів плугів, культиваторів, лемехів та іншої сільськогосподарської техніки розроблено тверді сплави на основі карбіду титану, леговані карбідом ванадію і нанокарбідом вольфраму з нікель-хромовою зв’язкою. Ці сплави мають вищі твердість та зносостійкість і забезпечують надійну та довготривалу роботу в умовах експлуатації. Дослідження триботехнічних властивостей твердих сплавів ТiC–VC–WC/нано-WC – NiCr при різних швидкостях ковзання по сталях ШХ15 і 40Х проводено на машині тертя М-22М за схемою вал (контртіло) – частковий вкладиш (сплав). Визначено коефіцієнт тертя та вагове зношення залежно від швидкості ковзання і хімічного складу сплавів (вміст нано-WC/WC 5, 10, 15% (мас.)) за умов випробувань: швидкість ковзання 1, 2, 3 м/с, постійне навантаження 1,5 МПа, шлях тертя на кожній зі швидкостей 5 км. За допомогою металографічних досліджень поверхні тертя на мікроскопі РЕМ-106 визначено характер та механізм зношування сплавів. Встановлено, що легування сплавів нано-WC сприяє зменшенню значень коефіцієнта тертя та вагового зношення порівняно зі сплавами з дрібнодисперсним WC. Основним механізмом зношування досліджуваних сплавів є абразивне стирання. Аналіз зони зношування показав, що вона складається з двох ділянок – абразивного зношування й трибошару, який містить значну кількість кисню та елементів сплаву й оброблюваного матеріалу. Основними ознаками руйнування на ділянці абразивного зношування є розтріскування крупних карбідних зерен і викришування дрібних карбідних зерен. На трибоділянці в адгезійному шарі (трибомасі) зосереджені оксиди заліза, нікелю, титану та вольфраму. Отриманий рівень триботехнічних характеристик сплавів дозволяє рекомендувати їх для деталей с/г машин, що працюють в умовах тертя і зношування.

Hard alloys based on titanium carbide, alloying by vanadium carbide and tungsten carbide (nano tungsten carbide) with nickel chromium binder have been developed in order to replace tungsten cobalt hard alloys used for the manufacturing of wear-resistant parts and cutting elements of plows, cultivators and other agricultural machines. These alloys possess higher hardness and wear resistance and provide reliable and long- lasting operation during exploitation. Research of tribotechnical properties of TiC – VC – WC/nano–WC – NiCr hard alloys at different sliding speeds on chrome steel AISI 52100 and AISI 5040 has been carried out on a M- 22M friction machine according to scheme the shaft (counter-shaft) – partial insert (alloy). Friction coefficient and weight wear have been determined in given research depending on the sliding speed and chemical composition of the alloys (content of WC/nanoWC 5, 10, 15% (wt.)) under test conditions: sliding speed 1, 2, 3 m/s, constant load 1,5 MPa, the friction path at each of sliding speeds is 5 km. The character and wear-mechanism of the alloys have been determined by metallographic investigations of the friction surface using the REM-106 microscope. It has been found that alloying by nano-WC reduces the friction coefficient and weight wear compared to alloys with fine WC. The main mechanism of the researched alloys wear is abrasion. The analysis of the wear zone has testified that it consists of two sections– abrasive wear and tribo layer, which contains a considerable amount of oxygen and the alloy’s and processed material’s elements. The obtained level of tribotechnical characteristics of the alloys makes it possible to recommend them for the elements of agricultural machines operating under the friction and wear.