AP13068365 "Разработка ресурсосбрегающего способа поверхностного упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин"

Руководитель проекта: Калитова Айсулу Аманжоловна, PhD, - руководитель проекта ORCID ID - 0000-0002-4761-286x

Актуальность:

В последние годы скорость обработки почвы возросла с 7 до 12 км/ч, а иногда и до 15-18 км/ч. В связи с этим значительно увеличились и нагрузки на рабочие органы, работающие в условиях интенсивного, абразивного и ударно-абразивного изнашивания. Поэтому современному сельскому хозяйству требуются надежные рабочие органы машин, обладающие рядом высоких характеристик, таких как: высокие прочность и пластичность, износо- и коррозионная стойкость и многие другие. Эта проблема решается в основном за счет производства объемнолегированных сталей. Однако, в связи с постоянно растущей стоимостью легирующих материалов, целесообразно применять низколегированные стали с упрочненным поверхностным слоем.

Цель:

Разработка ресурсосберегающего способа электролитно-плазменного упрочнения долот чизельного плуга почвообрабатывающих машин из сталей марки 65г и 45, который позволяет повысить их износостойкость в условиях воздействия абразивных частиц и высоких ударных нагрузок.

Ожидаемый результат:

1. Будет изготовлена промышленная установка для электролитно-плазменного упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин.
2. Будет установлен оптимальный режим электролитно-плазменного упрочнения сталей.
3. Будут установлены основные закономерности формирования дислокационной субструктуры сталей при электролитно-плазменном упрочнении.
4. Будут установлены механизмы изнашивания сталей, обработанных электролитно-плазменным упрочнением.
5. Будет установлена взаимосвязь трибологических и физико-механических свойств со структурно-фазовым состоянием сталей, обработанных электролитно-плазменным упрочнением.
6. Будут проведены стендовые и полевые испытания упрочненных долот чизельного плуга.
7. На основе проведенных экспериментальных исследований и испытаний будет разработан ресурсосберегающий способ электролитно-плазменного упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин, в частности долот чизельного плуга.
8. Будет выдана рекомендация по применению электролитно-плазменной технологии для упрочнения долот чизельного плуга.

Результат:

Электролитно-плазменное упрочнение образцов стали проводили на лабораторной установке в НИЦ «Инженерия поверхности и трибология» и НЦ «Модификация поверхности материалов». Для изучения общего характера структуры использовали металлографический микроскоп HL-102AW. Морфологию и элементный состав образца, обработанного в электролитной плазме, исследовали на растровом электронном микроскопе JSM-6390 LVJEOL. Для металлографического микроанализа шлифы образцов сталей полировались с применением пасты двуокиси хрома, травили 4%-ым спиртовым раствором азотной кислоты. Измерение микротвердости образцов сталей проводили на приборе HV-1 DT, при нагрузках на индентор P=1 Н и времени выдержки при этой нагрузке 10 сек.

Эксперименты по изучению энергетических характеристик проведены с электролитами, содержащими карбонат натрия с различными. Во всех экспериментах регистрировалось напряжение на электродах и средняя сила тока между ними с помощью стрелочных приборов. Для определения оптимальных значении напряжения и состава электролита были подобраны следующие режимы закалки: 300 В, 4 сек, 15% (Na2CO3), 300 В, 4 сек, 20% (Na2CO3), 300 В, 4 сек, 25% (Na2CO3), 300 В, 3 сек, 20% (Na2CO3), 320 В, 3 сек, 20% (Na2CO3). Микротвердости стали марки 45 в зависимости от состава электролита были равны: при концентрации электролита 15% среднее значение микротвердости 356 HV, при 20% - 420 HV и при 25% - 434 HV. При изменении времени закалки было выявлено, что более высокие средние значения микротвердости достигаются при напряжении 320 В. Металлографические исследования образцов на оптическом и растровом электронных микроскопах выявили, что в результате обработки стали марки 45 электролитно-плазменной закалкой образовался поверхностный слой, содержащий участки мартенсита. Исследование коррозионных свойств сталей 65Г и 45 проводилось электрохимическим методом до и после электролитно-плазменного упрочнения с использованием различных концентраций карбоната натрия (15%, 20% и 25%) при изменении вольт-амперных характеристик. Проведено исследование коррозионных характеристик сталей 65Г и 45 до и после электролитно-плазменного упрочнения с применением электролитов с различным содержанием карбоната натрия (15, 20 и 25%) и с варьированием вольт-амперных характеристик технологических параметров. Испытание на электрохимическую коррозию проводилось с помощью потенциостата/гальваностата CS300M. В качестве среды для испытания на коррозионную стойкость применялся водный раствор 0,5 М NaCL. Были получены следующие результаты: образцы, упрочненные в электролите с концентрацией карбоната натрия свыше 20%, показали значительное улучшение коррозионной стойкости с уменьшением скорости коррозии до 2,6*10-4 мм/год, что в 8 раз ниже по сравнению с исходными образцами (2,1*10-3 мм/год). Однако у образцов с 15% концентрацией карбоната натрия наблюдалось лишь незначительное улучшение коррозионной стойкости со скоростью коррозии 1,6*10-3 мм/год. Эти данные подтверждаются анализом кривых Тафеля, где потенциал коррозии для образцов 2-6 также смещен в более положительную сторону по сравнению с исходным образцом. Разработан стенд для ускоренных испытаний рабочих органов почвообрабатывающих машин, который состоит из камеры с почвой, представляющий собой открытый сверху цилиндр с диаметром 2 м из стального листа, и механизмом уплотнения, который включает тяжёлые барабаны, обеспечивающие равномерное уплотнение почвы путем раздавливания. Рабочий орган, такой как плуг или культиватор, приводится в действие через привод и взаимодействует с уплотненной почвой, имитируя условия эксплуатации. Регулирование степени уплотнения достигается за счет изменения положения барабанов, что позволяет адаптировать установку к различным типам почвы и условиям работы. Эффективность и износостойкость рабочего органа оцениваются путем замера угла поворота камеры, который отражает сопротивление движению в уплотненной почве. На данной установке будут проведены стендовые испытания упрочненных долот чизельного плуга.

2024

  • Bauyrzhan Rakhadilov, Moldir Bayandinova, Rinat Kussainov, Almasbek Maulit. Electrolyte-plasma surface hardening of hollow steel applicator needles for point injection of liquid mineral fertilizers[J]. AIMS Materials Science, 2024, 11(2): 295-308. doi: https://doi.org/10.3934/matersci.2024016
  • Bauyrzhan Rakhadilov, Rinat Kussainov, Aisulu Kalitova, Zarina Satbayeva, Aibek Shynarbek. The impact of technological parameters of electrolytic-plasma treatment on the changes in the mechano-tribological properties of steel 45[J]. AIMS Materials Science, 2024, 11(4): 666-683. doi: https://doi.org/10.3934/matersci.2024034

Члены Исследовательской группы

  • ФИО: Журерова Лайла Гылыммеденова, PhD

    Scopus Id: 55899323400

    Researcher Id: -

    ORCID: 0000-0002-1924-1459

    Дополнительно:

  • ФИО: Касымов Аскар Багдатович, PhD

    Scopus Id: 56298368800

    Researcher Id: --

    ORCID: 0000-0002-1983-6508

    Дополнительно:

  • ФИО: Кожанова Рауан Сабырбековна

    Scopus Id: 57216911622

    Researcher Id: --

    ORCID: 0000-0002-3271-226_

    Дополнительно:

  • ФИО: Сатбаева Зарина Аскарбековна

    Scopus Id: 57213689811

    Researcher Id: --

    ORCID: 0000-0001-7161-2686

    Дополнительно:

  • ФИО: Табиева Еркежан Еркинбеккызы

    Scopus Id: 57222482979

    Researcher Id: --

    ORCID: 0000-0002-9726-7187

    Дополнительно: