果园割草机刀片等离子堆焊层组织和耐磨研究

摘要

随着现代化果园的发展及果品质量要求的不断提高，果园机械控草方法得到广泛的应用，及时刈割对于抑制杂草生长、培肥地力有重要的作用。然而在工作过程中，割草机刀片频繁遭受草茎、土壤、沙石等冲击和摩擦磨损，极易出现磨损钝化、变形、断裂等失效形式，从而导致碎草效果差、功耗增大。目前，割草机刀片的使用寿命较短、可靠性差、更换费时费力，无法满足长时间高效率的作业要求。针对此问题，本课题对现有割草机刀片进行结构改进，设计梯型槽，在梯型槽位置采用等离子堆焊技术制备Fe基金属堆焊层，形成双金属层结构，并对割草机刀片进行微波热处理，进一步改善堆焊后刀片的综合性能。
　　以Fe19粉末为主要材料，采用等离子堆焊技术在65Mn割草刀片的梯形槽上制备了Fe-Cr合金堆焊层并进行微波热处理。以耐磨性为评价指标，通过正交实验和极差、方差分析，确定等离子堆焊的工艺参数为:工作电流55A、送粉量22g·min-1、堆焊速度16cm·min-1。微波热处理工艺参数优化后淬火温度为870℃，保温时间5min，淬火冷却方式为油冷。去除割草刀片表面油污进行回火处理，回火温度350℃，保温时间30min，冷却方式为空冷。
　　对以最优工艺参数制备的合金堆焊层进行了SEM图像分析、微区EDS能谱分析、XRD衍射分析，利用显微硬度仪和往复摩擦磨损试验机对堆焊层的硬度和性能进行测试。结果表明，合金堆焊层与基体呈现良好的冶金结合，堆焊层表面没有明显的裂纹和孔洞，堆焊层中存在的主要物相有:α-Fe、Cr7C3、[Cr，Fe]7C3、Fe-Cr及Mo2C等。热处理后Fe19堆焊层的硬度平均值为58HRC，65Mn基体的硬度为42HRC，堆焊层摩擦系数在0.25左右，磨损失重约为65Mn材料的1/3，表明Fe19堆焊层的主要指标明显高于常用的65Mn材料。
　　对带有Fe19堆焊层的刀片和普通65Mn的割草刀片进行田间对比试验，试验表明带有堆焊层的割草机刀片磨损率为普通割草机刀片的1/3，使用寿命提高了近3倍，表现了优异的耐磨性能。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 表面强化技术

1．2．1 热喷涂技术

1．2．2 等离子熔覆技术

1．2．3 激光熔覆技术

1．2．4 农机部件表面强化现状分析

1．3 割草机刀片研究现状

1．4 等离子堆焊技术

1．4．1 等离子堆焊技术原理

1．4．2 等离子堆焊技术特点

1．4．3 等离子堆焊现状

1．5 课题主要研究内容和技术路线

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 技术路线

1．5．3 创新点

2．1 试验材料

2．1．1 基体材料

2．1．2 粉末材料

2．2 试验设备

2．3 试件制备过程

2．3．1 梯形槽结构设计

2．3．2 基体表面预处理

2．3．3 堆焊层的制备

2．3．4 微波热处理

2．3．5 金相制样

2．4 堆焊层性能分析

2．4．1 显微硬度分析

2．4．2 耐磨性分析

2．4．3 XRD分析

2．4．4 EDS能谱和SEM扫描电镜分析

3 等离子堆焊Fel9堆焊层的组织与性能

3．1．2 堆焊速度对堆焊层的影响

3．1．3 送粉量对堆焊层的影响

3．1．4 试验结果分析

3．2 堆焊层的形貌及物相分析

3．2．1 堆焊层的形貌

3．2．2 堆焊层的X射线衍射分析

3．2．3 堆焊层的EDS和SEM分析

3．3 堆焊层的显微硬度分析

3．4 堆焊层的耐磨性分析

3．4．1 堆焊层的摩擦系数

3．4．2 堆焊层的磨损量

3．5 小结

4 微波热处理对刀片的影响

4．1 微波热处理参数的优化

4．1．1 淬火工艺参数的优化

4．1．2 回火工艺参数的优化

4．2 堆焊层显微组织分析

4．2．1 显微组织

4．2．2 物相分析

4．3 微波热处理对堆焊层的耐磨性能的影响

4．3．1 微波热处理对堆焊层硬度的影响

4．3．2 微波热处理对堆焊层摩擦系数的影响

4．4 小结

5 果园田问试验

5．1 割草刀失效分析

5．2 堆焊层耐磨机理

5．3 试验结果与分析

5．4 经济性分析

5．5 小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

致谢