-

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6383
(13) U
(46) 2010.08.30
(51) МПК (2009)
A 01B 15/00
A 01B 23/00
A 01B 35/00
C 22C 38/02
C 22C 38/56
(54) РАБОЧИЙ ОРГАН ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН
(21) Номер заявки: u 20090891
(22) 2009.10.29
(71) Заявители: Открытое акционерное
общество "Белкард" (BY); Закрытое
акционерное общество "Научно-
Производственная Компания" Тех-
нология машиностроения и Объем-
но-поверхностная закалка" (RU)
(72) Авторы: Кравченко Виктор Ивано-
вич (BY); Костюкович Геннадий
Александрович (BY); Кипнис Марат
Ефимович (BY); Дешук Николай
Александрович (BY); Пекер Аркадий
Моисеевич (RU); Никитин Сергей
Иванович (RU); Лернер Игорь Семе-
нович (US); Куприянов Алексей Алек-
сандрович (RU)
(73) Патентообладатели: Открытое акцио-
нерное общество "Белкард" (BY); За-
крытое акционерное общество "Науч-
но-Производственная Компания" Тех-
нология машиностроения и Объемно-
поверхностная закалка" (RU)
(57)
Рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный из углеродистой стали с
пониженной прокаливаемостью и подвергнутый объемно-поверхностной закалке с само-
отпуском, включающий выполненные заодно элементы крепления, рабочую часть и тело,
Фиг. 1
BY6383U2010.08.30

2. BY 6383 U 2010.08.30
2
содержащее поверхностный слой из отпущенного мартенсита с твердостью 55...60 HRC и
сердцевину из троостита или троосто-сорбита, или сорбита, отличающийся тем, что он
выполнен из стали с идеальным критическим диаметром, равным 0,5-0,8 толщины тела,
перепад твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины составляет
не менее 10 HRC, но не более 20 HRC, элементы крепления имеют структуру и твердость
сердцевины тела, рабочая часть выполнена из режущего и переходного участков, при этом
режущий участок имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу, и
полностью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной участок состоит из двух по-
верхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального
слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и расположен между телом и ре-
жущим участком, кроме того, отпущенный мартенсит режущего и переходного участков
рабочей части выполнен с твердостью не более 64 HRC.
(56)
1. Башнин Ю.А. и др. Технология термической обработки стали. - М.: Металлургия,
1986. - С. 76-80.
2. Шепеляковский К.З. Поверхностная закалка сталей пониженной прокаливаемости
при глубинном индукционном нагреве. - М.: Машиностроение, 1968. - С. 42-44.
3. Патент РФ 2233570, МПК 7
А 01В 15/00, 21/00, 23/00, 35/20, 39/20, С 22С 38/02,
38/56, 2002.
4. Патент РБ 7466, МПК 7
А 01В 15/00, 21/00, 23/00, С 22С 38/02, 38/56, 2002.
Полезная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения и мо-
жет быть использована для изготовления рабочих органов почвообрабатывающих машин,
таких как лемеха, боковины (полевые доски) плугов, долотья плугов, отвалы и составные
части отвалов, лапы культиваторов, диски борон, а также другие подобные изделия.
Известны рабочие органы машин, выполненные из углеродистой стали с пониженной
прокаливаемостью и подвергнутые объемно-поверхностной закалке [1, 2].
Недостатком известных рабочих органов машин является то, что известные характе-
ристики стали пониженной прокаливаемости обеспечивают необходимую прочность и
долговечность только для сечений более 10 мм. Рабочие органы почвообрабатывающих
машин обычно имеют более тонкое сечение, и известные характеристики стали понижен-
ной прокаливаемости, в случае применения этой стали для их изготовления, не обеспечи-
вают достаточной прочности и долговечности.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению и выбранным в качестве
прототипа является рабочий орган почвообрабатывающих машин, выполненный из угле-
родистой стали с пониженной прокаливаемостью и подвергнутый объемно-поверхностной
закалке с самоотпуском, включающий выполненные заодно элементы крепления, рабочую
часть и тело, содержащее поверхностный слой из отпущенного мартенсита с твердостью
55...60 HRC и сердцевину из троостита или троостосорбита, или сорбита [3, 4].
Однако данный рабочий орган почвообрабатывающих машин обладает следующими
недостатками:
1. Невозможно получить после закалки на однотипных рабочих органах одинаково
высокую прочность и долговечность, которые обеспечивают их повторяемость. Это свя-
зано с тем, что рабочий орган выполнен из стали пониженной прокаливаемости, которая
имеет очень широкий диапазон идеального критического диаметра, а также большой раз-
брос по твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины. Поэтому
за одно и то же время эксплуатации почвообрабатывающей машины величина предельно
допустимого линейного износа каждого рабочего органа будет различна, что приводит к
некачественной обработке почвы.

3. BY 6383 U 2010.08.30
3
2. Возможны поломки элементов крепления при столкновении рабочей части рабочего
органа с камнем. Это связано с тем, что элементы крепления выполнены с высокой твер-
достью и на их острых кромках после закалки возникают концентраторы напряжений в
виде микротрещин, которые появляются из-за перегрева этих кромок во время нагрева
всего рабочего органа под закалку.
3. Возможны поломки в месте перехода рабочей части рабочего органа к его телу. Это
связано с тем, что рабочая часть выполнена насквозь закаленной.
4. Неравномерная износостойкость рабочей части рабочего органа. Это связано с тем,
что рабочая часть рабочего органа может быть выполнена с поверхностной твердостью в
интервале от 55 до 60 HRC.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Задачей заявляемого технического решения является создание рабочих органов поч-
вообрабатывающих машин, имеющих одинаковые прочностные характеристики и одина-
ковый срок службы - долговечность при их серийном производстве.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение одинакового уровня
прочностных характеристик и эксплуатационных свойств на каждом рабочем органе, т.е.
получение оптимального сочетания высокой прочности и долговечности за счет примене-
ния стали пониженной прокаливаемости, химический состав которой связан соотношени-
ем с толщиной тела рабочего органа, и за счет обеспечения требуемого перепада
твердости между поверхностным слоем тела и центром ее сердцевины, при одновремен-
ном исключении поломок элементов крепления и поломок рабочего органа в месте пере-
хода рабочей части к его телу, путем обеспечения в местах элементов крепления
структуры и твердости сердцевины тела и создания переходного участка в рабочей части,
состоящего из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартен-
сита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела.
Технический результат достигается тем, что предложен рабочий орган почвообрабаты-
вающих машин, выполненный из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью и
подвергнутый объемно-поверхностной закалке с самоотпуском, включающий выполненные
заодно элементы крепления, рабочую часть и тело, содержащее поверхностный слой из от-
пущенного мартенсита с твердостью 55...60 HRC и сердцевину из троостита или троосто-
сорбита, или сорбита, при этом он выполнен из стали с идеальным критическим диаметром,
равным 0,5-0,8 толщины тела, перепад твердости между поверхностным слоем тела и цен-
тром ее сердцевины составляет не менее 10 HRC, но не более 20 HRC, элементы крепления
имеют структуру и твердость сердцевины тела, рабочая часть выполнена из режущего и пе-
реходного участков, при этом режущий участок имеет ширину, равную предельно допусти-
мому линейному износу, и полностью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной
участок состоит из двух поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мар-
тенсита и центрального слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и распо-
ложен между телом и режущим участком, кроме того, отпущенный мартенсит режущего и
переходного участков рабочей части выполнен с твердостью не более 64 HRC.
Среди существенных признаков, характеризующих предложенный рабочий орган поч-
вообрабатывающих машин, отличительными являются:
1. Выполнение рабочего органа из стали с идеальным критическим диаметром, рав-
ным 0,5-0,8 максимальной толщины его тела, и с перепадом твердости между поверхност-
ным слоем тела и центром ее сердцевины не менее 10 HRC, но не более 20 HRC позволяет
получать после закалки каждого рабочего органа оптимальное сочетание высокой прочно-
сти и долговечности, которое обеспечивает им повторяемость.
Идеальный критический диаметр - параметр, характеризующий прокаливаемость ста-
ли, - диаметр прутка стали, который при закалке с бесконечно быстрым охлаждением по-
верхности приобретает в центре сечения прутка структуру полумартенсита, а на
поверхности прутка - структуру мартенсита.

4. BY 6383 U 2010.08.30
4
2. Выполнение элементов крепления со структурой и твердостью сердцевины тела
позволяет исключить их поломки.
3. Выполнение рабочей части из режущего и переходного участков, при этом режу-
щий участок имеет ширину, равную предельно допустимому линейному износу, и полно-
стью состоит из отпущенного мартенсита, а переходной участок состоит из двух
поверхностных слоев переменной толщины из отпущенного мартенсита и центрального
слоя, имеющего структуру и твердость сердцевины тела, и расположен между телом и ре-
жущим участком, что позволяет исключить поломки рабочего органа в месте перехода ра-
бочей части к его телу.
4. Выполнение отпущенного мартенсита режущего и переходного участков рабочей
части с твердостью не более 64 HRC позволяет обеспечить равномерную и более высокую
износостойкость рабочей части.
Предложенное техническое решение применимо, т.к. может быть изготовлено про-
мышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а следовательно,
соответствует условию "промышленная применимость".
Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-
технической и патентной документации на дату приоритета, в основной и смежной рубри-
ках, показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения не из-
вестна, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "новизна".
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 (разрез А-А)
показана конструкция предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин.
Рабочий орган содержит выполненные заодно элементы крепления 1, рабочую часть 2
и тело 3. Рабочая часть 2 состоит из режущего участка 6 и переходного участка 7, при
этом режущий участок 6 имеет ширину, равную предельно допустимому линейному изно-
су, а переходной участок 7 имеет два поверхностных слоя 8 переменной толщины и цен-
тральный слой 9. Тело 3 имеет два поверхностных слоя 4 и сердцевину 5. Переходной
участок 7 расположен между телом 3 и режущим участком 6.
Рабочий орган выполнен из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью,
подвергнутой объемно-поверхностной закалке с самоотпуском.
Пример конкретного выполнения предложенного рабочего органа с толщиной его тела
3, равной 10 мм, для изготовления которого была взята сталь с пониженной прокаливае-
мостью с идеальным критическим диаметром, равным 0,5 толщины тела 3. Выбранная
сталь обладает очень узким и стабильным интервалом значений глубины прокаливаемо-
сти, который зависит от ее химического состава и от технологии ее выплавки, и не могут
быть раскрыты в этой заявке, т.к. являются "ноу-хау".
Рабочий орган подвергается объемно-поверхностной закалке при его сквозном нагреве
с охлаждением водой и последующим самоотпуском. Технологические приемы и режимы
при проведении объемно-поверхностной закалки и самоотпуска не могут быть раскрыты в
этой заявке, т.к. являются "ноу-хау".
После выполнения объемно-поверхностной закалки и самоотпуска рабочий орган
представляет собой следующую конструкцию.
Поверхностные слои 4 тела 3 состоят из отпущенного мартенсита с твердостью не ме-
нее 58 HRC, имеющего очень мелкую структуру с размером игл не более 6 мк и с преде-
лом прочности не менее 3200 МПа.
Поверхностные слои 8 переходного участка 7 и режущий участок 6 состоят из отпу-
щенного мартенсита с твердостью не менее 64 HRC, имеющего очень мелкую структуру с
размером игл не более 6 мк и с пределом прочности не менее 3000 МПа.
Сердцевина 5 тела 3 и центральный слой 9 переходного участка 7 имеют структуру тро-
остосорбита с твердостью 43...47 HRC, на 15 HRC меньше, чем твердость поверхностных
слоев 4 и 8. Структура сердцевины 5 тела 3 и центрального слоя 9 переходного участка 7
имеет предел прочности не менее 1300 МПа и ударную вязкость не менее 0,9 ДМж/м2
.

5. BY 6383 U 2010.08.30
5
Ширина режущего участка 6 составляет 60 % размера рабочей части 2 рабочего орга-
на. Рабочий орган с такой шириной режущего участка 6 может быть использован для об-
работки глинистой почвы.
Переменная толщина отпущенного мартенсита поверхностных слоев 8 переходного
участка 7 рабочей части 2 получена путем применения стали с пониженной прокаливае-
мостью.
Пример конкретного выполнения предложенного рабочего органа с толщиной его тела
3, равной 10 мм, для изготовления которого была взята сталь с пониженной прокаливае-
мостью с идеальным критическим диаметром, равным 0,8 толщины тела 3. Выбранная
сталь обладает очень узким и стабильным интервалом значений глубины прокаливаемо-
сти, который зависит от ее химического состава и от технологии ее выплавки, и не могут
быть раскрыты в этой заявке, т.к. являются "ноу-хау".
Рабочий орган подвергается объемно-поверхностной закалке при его сквозном нагреве
с охлаждением водой и последующим самоотпуском. Технологические приемы и режимы
при проведении объемно-поверхностной закалки и самоотпуска не могут быть раскрыты в
этой заявке, т.к. являются "ноу-хау".
После выполнения объемно-поверхностной закалки и самоотпуска рабочий орган
представляет собой следующую конструкцию.
Поверхностные слои 4 тела 3 состоят из отпущенного мартенсита с твердостью не ме-
нее 56 HRC, имеющего очень мелкую структуру с размером игл не более 6 мк и с преде-
лом прочности не менее 3200 МПа.
Поверхностные слои 8 переходного участка 7 и режущий участок 6 состоят из отпу-
щенного мартенсита с твердостью не менее 62 HRC, имеющего очень мелкую структуру с
размером игл не более 6 мк и с пределом прочности не менее 3000 МПа.
Сердцевина 5 тела 3 и центральный слой 9 переходного участка 7 имеют структуру
троостита с твердостью 44...50 HRC, на 12 HRC меньше, чем твердость поверхностных
слоев 4 и 8. Структура сердцевины 5 тела 3 и центрального слоя 9 переходного участка 7
имеет предел прочности не менее 1100 МПа и ударную вязкость не менее 0,8 ДМж/м2
.
Ширина режущего участка 6 составляет 80 % размера рабочей части 2 рабочего орга-
на. Рабочий орган с такой шириной режущего участка 6 может быть использован для об-
работки песчаной почвы.
Переменная толщина отпущенного мартенсита поверхностных слоев 8 переходного
участка 7 рабочей части 2 получена путем применения стали с пониженной прокаливае-
мостью.
Таким образом, данная конструкция предложенного рабочего органа обеспечивает оп-
тимальное сочетание высокой прочности и долговечности, что позволяет исключать по-
ломки рабочего органа в процессе его работы. Равномерная и высокая износостойкость
рабочего органа обеспечивается отпущенным мартенситом, который формируется во вре-
мя проведения объемно-поверхностной закалки из аустенита, имеющего действительное
зерно 12-14 балла (средний диаметр зерна 0,0056-0,0027 мм). Кроме того, каждый рабочий
орган одной номенклатуры имеет одинаковые прочностные характеристики и одинаковый
срок службы за счет получения одинаковой глубины и структуры поверхностных слоев 4
и 8, а также ширины режущего участка 6.
Для проведения экспериментальных сравнительных испытаний в качестве известного
и предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин были изготовлены до-
лотья плуга.
Испытания проводились в полевых условиях.
Результаты сравнительных испытаний известного и предложенного рабочего органа
почвообрабатывающих машин - долота плуга - приведены в таблице.

6. BY 6383 U 2010.08.30
6
№
п/п
Параметры
Известное
долото
Предложенное
долото
1. Толщина тела, мм 10 10
2. Идеальный критический диаметр стали, мм 16-18 5-8
3.
Отношение идеального критического диаметра ста-
ли к толщине тела
1,6-1,8 0,5-0,8
4.
Величина перепада твердости между поверхност-
ным слоем тела и центром ее сердцевины
5...7 HRC 14...15 HRC
5. Твердость отпущенного мартенсита рабочей части 55...59 HRC 62...64 HRC
6.
Количество долот, имеющих после термообработки
одинаковые прочность и долговечность, %
80 100
7. Количество поломок элементов крепления долот, % 15 поломок нет
8.
Количество поломок долот в месте перехода рабо-
чей части к телу, %
25 поломок нет
9.
Количество долот, имеющих одинаковый предельно
допустимый линейный износ рабочей части, %
50 100
10. Долговечность, % 100 150 не менее
Следует отметить, что изготовление предложенного рабочего органа почвообрабаты-
вающих машин такой конструкции не представляет собой особой сложности, однако тех-
нология его изготовления является предметом "НОУ-ХАУ" и в данной заявке не
рассматривается.
Эксплуатация предложенного рабочего органа почвообрабатывающих машин является
стандартной. Однако за счет своих более высоких прочностных характеристик эксплуата-
ция предложенного рабочего органа может производиться в более тяжелых условиях ра-
боты, чем эксплуатация известного рабочего органа почвообрабатывающих машин.
При этом предложенный рабочий орган почвообрабатывающих машин обладает вы-
сокой долговечностью и надежностью по сравнению с известным рабочим органом.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.