DE3690773C2

DE3690773C2 - Arbeitsorgan von Landmaschinen

Info

Publication number: DE3690773C2
Application number: DE19863690773
Authority: DE
Inventors: Jurij Perevozkin; Andreevic Jurij; Petr Grigorov; Vasilij Zurakovskij; Boris Samelik; Lev Alimpiev; Nikolaj Matynjuk
Original assignee: N PROIZV OB EDINENIE TECHNOLOG
Current assignee: N PROIZV OB EDINENIE TECHNOLOG
Priority date: 1986-08-25
Filing date: 1986-08-25
Publication date: 1990-04-19
Anticipated expiration: 2006-08-26
Also published as: GB2203168B; GB2203168A; DE3690773T1; GB8808773D0; SE8801510L; WO1988001655A1; US4853047A; SE8801510D0; AU6541586A; AU590642B2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsorgan von Landmaschinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Zu derartigen Arbeitsorganen gehören beispielsweise Klingen für Schneidapparate von Mähmaschinen und Mähdreschern zum Abernten von Getreide-, Gras- und grobstengeligen Kulturen sowie Kämme und Messer für Haar- und Wollschneidemaschinen.

Die Schneidkanten derartiger Arbeitsorgane sind erheblichen Schlagbeanspruchungen und einem intensiven Verschleiß ausgesetzt. Um daher die Arbeitsorgane gegen Brüche und Abstumpfen der Schneidkanten zu sichern, werden sie oft aus mehreren Einzelteilen ausgeführt; einem Hauptteil, der aus einem mittelgekohlten oder niedriggekohlten Konstruktionsstahl gefertigt ist und gute mechanische Eigenschaften aufweist, und Schneidelementen aus einem hochgekohlten Werkzeugstahl, die eine hohe Oberflächenhärte aufweisen und mit dem Hauptteil durch Nieten, Schweißen, Löten und dgl. verbunden sind. Jedoch wird dabei die Herstellung des Arbeitsorgans komplizierter und teurer, und es kommt des öfteren zu dessen Zerstörung an der Verbindungsstelle der Einzelteile. Beispielsweise gehört die Ablösung des angenieteten Gegenmessers von den Fingern des Schneidapparates zu einem der am stärksten verbreiteten Brüche des Schneidapparates.

Aus der US-PS 27 19 353 und der US-PS 37 16 978 sind einteilige Arbeitsorgane von Landmaschinen bekannt, die aus einem mittelgekohlten Stahl durch Warmschmieden hergestellt werden. Nach der Formgebung des Werkstücks und seiner mechanischen Bearbeitung wird die Schneidkante durch induktives Härten unter Erzielung einer Rockwellhärte von 50-55 HRC verfestigt. Derartige Arbeitsorgane weisen aber eine verhältnismäßig niedrige Härte und Verschleißfestigkeit der Schneidkante auf. Für ihre Herstellung ist der Einsatz einer Vorrichtung zum Gesenkschmieden erforderlich, wobei der Herstellungsaufwand beträchtlich ist. Darüber hinaus ist es auch unmöglich, eine gezahnte Schneidkante herzustellen.

Zur Vereinfachung des Gesenkschmiedevorgangs können die Arbeitsorgane aus einem niedriggekohlten Stahl hergestellt und dann aufgekohlt oder karbonitriert werden. Dies macht jedoch den technologischen Prozeß komplizierter und teurer, ohne die Verschleißfestigkeit der Schneidkante wegen einer geringen Tiefe der aufgekohlten Schicht beträchtlich zu erhöhen.

Aus der US-PS 32 24 179 ist die Verwendung von gegossenen Arbeitsorganen für Landmaschinen bekannt, welche aus perlitischem Tempergußeisen hergestellt sind. Nach Abgießen und Glühen werden die Schneidkanten der Arbeitsorgane durch induktives Härten verfestigt. In diesem Fall wird der Prozeß der Herstellung von Einzelteilen vereinfacht und verbilligt und es wird möglich, gezahnte Schneidkanten herzustellen. Allerdings führt die unzureichende Kerbschlagzähigkeit des Materials zu häufigen Brüchen der Arbeitsorgane, und die niedrige Härte nach der Härtung (50 HRC) bedingt eine unzureichende Verschleißfestigkeit der Schneidkante.

Ferner sind aus der DD-PS 2 08 827 gattungsgemäße Arbeitsorgane aus hochgekohltem Stahl bekannt, deren Verschleißfestigkeit und Biegesteifigkeit durch Zwischenstufenvergüten erhöht wird. Die Arbeitsorgane werden von der Austenitisierungstemperatur in einem Warmbad auf Temperaturen knapp über der Martensitbildungstemperatur abgeschreckt und bei längerer Verweildauer im Warmbad vollzieht sich in den Arbeitsorganen eine Umwandlung des Austenits in einen bainitischen Gefügezustand. Anschließend werden die Arbeitsorgane bis auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Derartig wärmebehandelte Arbeitsorgane weisen eine relativ große Biegesteifigkeit bei guter Schneidfähigkeit und Verschleißbeständigkeit auf. Allerdings ergibt sich aufgrund der intensiven Wärmebehandlung mit einer langen Verweildauer der Arbeitsorgane im Warmbad ein erhöhter Herstellungsaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Arbeitsorgans von Landmaschinen, das eine erhöhte Verschleißfestigkeit der Schneidkante dank der Änderung der Materialstruktur bei gleichzeitiger Vereinfachung der Herstellungstechnologie aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine weiter verbesserte Verschleißfestigkeit der Schneidkante wird dadurch erreicht, daß der hochgekohlte Stahl der Schneidkante zusätzlich Chromkarbide in einer Menge von 3,0-20,0% der gesamten Masse des Materials enthält.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Arbeitsorgans von Landmaschinen näher erläutert.

Das erfindungsgemäße Arbeitsorgan von Landmaschinen wird aus einem hochgekohlten Stahl hergestellt, welcher Graphit enthält, wobei der Graphit in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthalten ist und dessen Menge 0,5 bis 1,32% von der gesamten Masse des Materials beträgt.

Dadurch, daß ein beträchtlicher Teil des Kohlenstoffes als Graphit in der Struktur des Materials im freien Zustand vorliegt, besitzt das Grundmaterial des Arbeitsorgans die Struktur eines mittelgekohlten Konstruktionsstahls mit feinen Graphiteinschlüssen globularer Form, welche keine merkliche Verminderung der mechanischen Eigenschaften hervorruft.

Beim nachfolgenden Erwärmen der Schneidkante auf Härtetemperatur löst sich der Graphit teilweise auf; der Kohlenstoffgehalt im Grundmaterial, aus welchem das Arbeitsorgan besteht, nimmt zu, was die Erzielung einer hohen Härte der Oberflächenschicht seiner Schneidkante gewährleistet, wobei die Härte eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit der Schneidkante bestimmt. Außerdem wird die Verschleißfestigkeit der Schneidkante wegen des an ihrer Oberfläche vorhandenen Restgraphits, der in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthalten ist, zusätzlich erhöht.

In der Tabelle 1 sind die Eigenschaften von sechs Proben des zur Herstellung der Arbeitsorgane von Landmaschinen bestimmten Materials in Abhängigkeit vom Gehalt des in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthaltenen Graphits angeführt.

Tabelle 1

Aus den angeführten Angaben folgt, daß bei einer in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthaltenen Graphitmenge, die 1,32% der gesamten Masse des Materials übersteigt, die Härte der Schneidkante unter die zulässige Größe sinkt und die mechanischen Eigenschaften des Materials ebenfalls schlechter werden. Bei einer in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthaltenen Graphitmenge, die kleiner als 0,5% der gesamten Masse des Materials ist, wird eine beträchtliche Verminderung der Kerbschlagzähigkeit beobachtet. Deswegen ist der Gehalt an Graphit, der in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthalten ist, für Arbeitsorgane von Landmaschinen zweckmäßigerweise in den Grenzen von 0,5 bis 1,32% der gesamten Masse des Materials zu wählen.

Eine weitere Erhöhung der Verschleißfestigkeit der Schneidkante des Arbeitsorgans von Landmaschinen kann bei der Bildung von Chromkarbiden in einer Menge von 3,0 bis 10,0% der gesamten Masse des Materials in der Schneidkante durch Diffusionssättigung ihrer Oberflächenschicht mit einem chromhaltigen Stoff erzielt werden. Dank des im Material der Schneidkante vorhandenen Graphits, der in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthalten ist, wird der Prozeß der Erzeugung einer legierten Schicht intensiviert; die Dicke der legierten Schicht und die Konzentration von Chromkarbiden in derselben nehmen zu, wodurch die Verschleißfestigkeit erhöht wird.

Der Kohlenstoff, der in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthalten ist, wirkt im Bereich von hohen Erwärmungstemperaturen mit dem aktiven Chrom unter Bildung von Karbiden, vorwiegend Cr₇C₃, zusammen, welche aktive Zentren der Chromadsorption darstellen. Infolgedessen bildet sich an der Oberfläche der Schneidkante eine kompakte karbidhaltige Schicht von erheblicher Dicke. Hierbei fehlen vollständig Punktdefekte oder Oberflächenabschnitte, die keine legierte Schicht aufweisen. Es ergibt sich die Möglichkeit, eine erforderliche Dicke und Zusammensetzung der legierten Schicht bei Verminderung der Temperatur und Verringerung der Zeit für den Legierungsprozeß zu erhalten. In der Tabelle 2 ist die Dicke der legierten Schicht auf der Oberfläche von Proben in Abhängigkeit vom Gehalt des in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthaltenen Graphits, von der Temperatur und der Zeit des Legierungsprozesses angeführt.

Tabelle 2

Somit ist aus Tabelle 2 ersichtlich, daß das Vorhandensein des in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthaltenen Graphits in der Probe zur Verringerung der Temperatur und der Zeit des Legierungsprozesses beiträgt, die zur Erzeugung einer legierten Schicht vorgegebener Dicke erforderlich sind.

Tabelle 3

In Tabelle 3 sind die Ergebnisse einer Verschleißfestigkeitsprüfung der Schneidpaare des Arbeitsorgans von Landmaschinen für die Schafschur angeführt, wobei die Schneidpaare aus einem Material hergestellt sind, das Graphit in der Struktur des Materials in freiem Zustand und in einer Menge von 0,5 bis 1,32% der gesamten Masse des Materials enthält, und zwar in Abhängigkeit vom Gehalt an Chromkarbiden in der Oberflächenschicht von Einzelteilen. Maximal möglich für den Gehalt des Materials an Chromkarbiden sind 20% der gesamten Masse des Materials. Aus den angeführten Angaben ist erkennbar, daß die Verschleißfestigkeit bis zu einem Gehalt Der Chromkarbide von 3,0% intensiv anwächst, sich bei der weiteren Erhöhung ihrer Konzentration aber nur unbedeutend verändert. Optimal ist daher ein Gehalt von 3% bis 20,0% der gesamten Masse des Materials.

Die Verwendung eines hochgekohlten Stahls, der Graphit in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthält, bietet bei der Herstellung der Arbeitsorgane von Landmaschinen die Möglichkeit, deren Verschleißfestigkeit und Betriebszuverlässigkeit beträchtlich zu erhöhen.

Noch mehr werden diese Parameter vergrößert durch die Kombination des im Grundmaterial in freiem Zustand enthaltenen Graphits mit der Thermodiffusionssättigung der Erzeugnisoberfläche mit Chrom. Hierbei trägt das Vorhandensein des Graphits, der in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthalten ist, zur Intensivierung des Prozesses der Oberflächendotierung bei, d. h. der technologische Prozeß wird durch eine bedeutende Verringerung von Temperatur und Zeit vereinfacht.

Die Vereinfachung und Verbilligung des technologischen Prozesses werden auch durch die Möglichkeit begünstigt, die Arbeitsorgane von Landmaschinen durch Gießen ohne weitere mechanische Bearbeitung, ohne Glühen und Aufkohlen herzustellen. Dem erfindungsgemäßen Arbeitsorgan kann eine beliebige Form gegeben werden, einschließlich der gezahnten Schneidkante, wodurch das Gewicht des Arbeitsorgans und der Metallaufwand bei dessen Herstellung bedeutend reduziert werden.

Claims

1. Arbeitsorgan von Landmaschinen mit einer Schneidkante, deren Material aus einem hochgekohlten Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der hochgekohlte Stahl der Schneidkante Graphit enthält, wobei der Graphit in der Struktur des Materials in freiem Zustand enthalten ist und dessen Menge 0,5 bis 1,32% von der gesamten Masse des Materials beträgt.

2. Arbeitsorgan von Landmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochgekohlte Stahl der Schneidkante zusätzlich Chromkarbide in einer Menge von 3,0 bis 20,0% von der gesamten Masse des Materials enthält.