[00131584]免耕播种机破茬刀激光表面强化机理及力学性能研究

项目任务来源于黑龙江省自然科学基金,项目编号：E201132. 保护性耕作技术是节水抗旱、控制风蚀、保护环境、节本增效的一项农业可持续发展新技术。推广和应用保护性耕作技术的核心机具是免耕播种机。本研究针对国产免耕播种机破茬刀存在的耐磨性差、遇硬茬易崩刃、卷刃等问题,对其材质、表面强化技术进行研究,探索破茬刀表面强化机理和力学性能的变化规律。该研究对改善免耕播种机性能、提高破茬部件设计质量和使用寿命、降低农业生产成本具有重要的现实意义。 主要研究内容： （1）破茬刀材质研究：通过试验对比研究了国内外破茬刀的硬度、化学成分及金相显微组织,结果表明国产刀和国外刀均属于优质合金结构钢,化学成分相近,主要含C、Mn、Si、Cr元素,还含少量的Ni、Al、B、Cu元素。国产刀显微组织为回火托氏体。进口刀显微组织为回火马氏体,耐磨性能好。 （2）破茬刀激光表面强化机理研究：利用激光技术对破茬刀进行表面强化研究,以硬化层深度为试验指标,通过单因素试验,考察和分析了不同激光功率、扫描速度、光斑直径对激光强化加工组织的影响。激光强化处理后,试样横截面的组织形貌分为3层,表层为相变硬化层,表层下为过渡层区,最下面为基体原始组织。揭示了表面强化机理。 （3）力学性能试验：通过三因素五水平的二次回归正交旋转试验,建立了硬化层深度的数学模型,用有约束非线性优化理论对工艺参数进行了优化,确定了一组最优参数。对强化处理后的材料进行表面显微硬度测试,探讨不同参数下的力学性能变化。同时进行室内土槽试验,研究不同工作条件下材料的摩擦磨损性能,探讨磨损机理。最终形成力学性能最佳的破茬刀激光表面强化技术。 将激光表面强化技术和方法,应用在农机具制造上,国内还少见研究报道。本课题对破茬部件的关键零件-破茬刀,采用激光表面强化加工技术处理,优化出最佳加工工艺参数,显著提高其硬度和耐磨性能,降低了农业生产成本。激光表面强化技术在农机材料上的应用,具有创新性。 本课题研制了“农机具材料摩擦磨损试验机”,可模拟农机具工作条件,对农机材料进行室内台架摩擦磨损试验,不受环境气候限制,较准确、真实、快速地反映被测材料在土壤中的摩擦磨损情况,具有一定的创新性。 破茬刀激光强化技术成熟,生产环境安全、环保,具有较好的实际生产应用价值。