nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2023-3-182-191nuc-566Research ArticleСтатьиИССЛЕДОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СПОСОБА ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙRESEARCH OF THE CURRENT STATE AND TECHNOLOGICAL OPPORTUNITIES OF ELECTROLYTE-PLASMA CHEMICAL HEAT TREATMENT OF STEELSСулюбаеваЛ. Г.SulyubayevaL. G.

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

РахадиловБ. К.RakhadilovB. K.

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

БердімуратовН. Е.BerdimuratovN. E.

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

nurbol.ber@gmail.comСатбаеваЗ. А.SatbaevaZ. A.

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

ТОО «PlasmaScience»; Научно-исследовательский центр «Инженерия поверхности и трибология» ВКУ имени Сарсена АманжоловаКазахстанPlasmaScience LLP; Research Center «Surface Engineering and Tribology», Sarsen Amanzholov East Kazakhstan UniversityKazakhstanНаучно-исследовательский центр «Инженерия поверхности и трибология» ВКУ имени Сарсена АманжоловаКазахстанResearch Center «Surface Engineering and Tribology», Sarsen Amanzholov East Kazakhstan UniversityKazakhstanТОО «PlasmaScience»КазахстанResearch Center «Surface Engineering and Tribology», Sarsen Amanzholov East Kazakhstan UniversityKazakhstan20233009202303182191Copyright © Сулюбаева Л.Г., Рахадилов Б.К., Бердімуратов Н.Е., Сатбаева З.А., 20232023Сулюбаева Л.Г., Рахадилов Б.К., Бердімуратов Н.Е., Сатбаева З.А.Sulyubayeva L.G., Rakhadilov B.K., Berdimuratov N.E., Satbaeva Z.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/566

В современном мире одним из актуальных требовании для изготовления деталей из конструкционных сталей в машиностроении являются улучшенные параметры твердости и износостойкости. Электролитно-плазменная химико-термическая обработка является одним из лучших решений для данной проблемы, так как поверхность стали модифицируется, в то время как сердцевина детали остается в вязком состоянии для стойкости при ударной нагрузке, а данный способ является ресурсосберегающим за счет экономии потребления энергии и материалов. В настоящей работе рассмотрены вопросы технологических возможностей способа электролитно-плазменной химико-термической обработки сталей. Изучены результаты исследований других авторов и приведен анализ влияния технологических параметров на изменение структурно-фазового состояния и улучшение микротвердости при электролитно-плазменной химико-термической обработке. Была проведена электролитно-плазменная цементация стали 20Х на установке электролитно-плазменной химико-термической обработки. В качестве электролита использовали раствор 10% кальцинированной соды (Na2CO3), 20% карбамида (CH4N2O) в 70% дистиллированной воде. Установлено что, поперечное сечение стали после электролитно-плазменной цементации имеет зональную структуру, так модифицированный слой с толщиной ⁓50 мкм состоит из α-Fe, α'-Fe, Fe3C. После электролитно-плазменной обработки стали 20Х, микротвердость увеличилась в ⁓3,5 раза по сравнению с исходным состоянием.

In the modern world, one of the most important requirements for the production of structural steel parts in machine building is improved hardness and wear resistance. Electrolyte-plasma chemical-thermal treatment is one of the best solutions for this problem, as the surface of steel is modified while the core of the part remains in a ductile state for resistance to impact loading, and this method is resource-saving due to the saving of energy and material consumption. In the present work the questions of technological possibilities of the method of electrolyte-plasma chemical heat treatment of steels are considered. The research results of other authors have been studied, and the analysis of the influence of technological parameters on the change of structural-phase state and improvement of microhardness at electrolyteplasma chemical heat treatment has been given. Electrolyte-plasma carburizing of 20X steel was carried out at the electrolyte-plasma chemical heat treatment unit. A solution of 10% soda ash (Na2CO3), 20% urea (CH4N2O) in 70% distilled water was used as an electrolyte. It was found that the cross section of steel after electrolyte-plasma carburizing has a zonal structure, so the modified layer with a thickness of ⁓50 μm consists of α-Fe, α'-Fe, Fe3C. After electrolyte plasma treatment of 20X steel, the microhardness increased ⁓3.5 times compared to the initial state.

стальэлектролитно-плазменная химико-термическая обработкамикротвердостьэлектролитцементацияsteelelectrolyte-plasma chemical-thermal treatmentmicrohardnesselectrolytecarbonizationРабота выполнена при финансовой поддержке Комитета науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан № AP09058547 «Разработка промышленной установки для электролитно-плазменной химико-термической обработки деталей из конструкционных сталей»ReferencesКорецкий Я. Цементация стали // Государственное союзное издательство судостроительной промышленности. – 1962.Koretskiy Ya. Tsementatsiya stali // Gosudarstvennoe soyuznoe izdatel'stvo sudostroitel'noy promyshlennosti. – 1962.Берлин Е.В., Коваль Н.Н., Сейдман Л.А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей // Техносфера. – 2012. – С. 6.Berlin E.V., Koval' N.N., Seydman L.A. Plazmennaya khimiko-termicheskaya obrabotka poverkhnosti stal'nykh detaley // Tekhnosfera. – 2012. – P. 6.Гуляев А.П. Металловедение // Металлургия. – 1986. – С. 284.Gulyaev A.P. Metallovedenie // Metallurgiya. – 1986. – P. 284.Рахадилов Б.К., Сагдолдина Ж.Б., Журерова Л.Г., Байжан Д.Р., Кожанова Р.С. Модификация поверхности стали 30ХГСА с применением электролитно-плазменного термоциклического упрочнения // Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка: материалы 15-й Междунар. научн.-техн. конф г. Минск. – 2022. – С. 610–616.Rakhadilov B.K., Sagdoldina Zh.B., Zhurerova L.G., Bayzhan D.R., Kozhanova R.S. Modifikatsiya poverkhnosti stali 30KhGSA s primeneniem elektrolitno-plazmennogo termotsiklicheskogo uprochneniya // Novye materialy i tekhnologii: poroshkovaya metallurgiya, kompozitsionnye materialy, zashchitnye pokrytiya, svarka: materialy 15-y Mezhdunar. nauchn.-tekhn. konf g. Minsk. – 2022. – P. 610–616.Белкин П. Н., Кусманов С. А. Электролитно-плазменная цементация металлов и сплавов // Костромской государственный университет. – 2020. – № 56(5). – С. 40–74. https://doi.org/10.5281/zenodoBelkin P. N., Kusmanov S. A. Elektrolitno-plazmennaya tsementatsiya metallov i splavov // Kostromskoy gosudarstvennyy universitet. – 2020. – No. 56(5). – P. 40–74. https://doi.org/10.5281/zenodoСловецкий Д. И., Терентьев С. Д., Плеханов В. Г. Механизм плазменно-электролитного нагрева металлов // ТВТ. – 1986. Т. 24. – № 2. – С. 353–363.Slovetskiy D. I., Terent'ev S. D., Plekhanov V. G. Mekhanizm plazmenno-elektrolitnogo nagreva metallov // TVT. – 1986. T. 24. – No. 2. – P. 353–363.Yerokhin A.L., Nie X., Leyland A., Matthews A., Dowey S.J. Plasma electrolysis for surface engineering // Surface and Coatings Technology. – 1999. – V. 122(2–3). – С. 73– 93.Yerokhin A.L., Nie X., Leyland A., Matthews A., Dowey S.J. Plasma electrolysis for surface engineering // Surface and Coatings Technology. – 1999. – V. 122(2–3). – P. 73– 93.Суминов И.В., Белкин П.Н., Эпельфельд А.В., Людин В.Б., Крит Б.Л., Борисов A.M. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. В 2-х томах. Т. I // Москва: Техносфера – 2011. – С. 45.Suminov I.V., Belkin P.N., Epel'fel'd A.V., Lyudin V.B., Krit B.L., Borisov A.M. Plazmenno-elektroliticheskoe modifitsirovanie poverkhnosti metallov i splavov. V 2-kh tomakh. T. I // Moscow: Tekhnosfera – 2011. – P. 45.Попов А.И., Тюхтяев М.И., Радкевич М.М., Новиков В.И. Анализ тепловых явлений при струйной фокусированной электролитно-плазменной обработке // Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета. – 2016. – № 4(254). – С. 142–150.Popov A.I., Tyukhtyaev M.I., Radkevich M.M., Novikov V.I. Analiz teplovykh yavleniy pri struynoy fokusirovannoy elektrolitno-plazmennoy obrabotke // Nauchno-tekhnicheskie vedomosti Cankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta. – 2016. – No. 4(254). – P. 142–150.Belkin P. N., Ganchar V. I., Davydov A. D., Dikusar A. I., Pasinkovskii E. A. Anodic heating in aqueous solutions of electrolytes and its use for treating metal surfaces // Surfaces Engineering and Applied Electrochemistry. – 1997. – No. 2. – P. 1–15.Belkin P. N., Ganchar V. I., Davydov A. D., Dikusar A. I., Pasinkovskii E. A. Anodic heating in aqueous solutions of electrolytes and its use for treating metal surfaces // Surfaces Engineering and Applied Electrochemistry. – 1997. – No. 2. – P. 1–15.Лякишев Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Т.1 // Машиностроение. – 1996. – С. 138.Lyakishev N. P. Diagrammy sostoyaniya dvoynykh metallicheskikh sistem. T.1 // Mashinostroenie. – 1996. – P. 138.Банных О. А., Будберг П. Б., Алисова С. П. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. //М.: Металлургия. – 1986. – С. 440.Bannykh O. A., Budberg P. B., Alisova S. P. i dr. Diagrammy sostoyaniya dvoynykh i mnogokomponentnykh sistem na osnove zheleza. //Moscow: Metallurgiya. – 1986. – P. 440.Çavuşlu, F., Usta M. Kinetics and mechanical study of plasma electrolytic carburizing for pure iron // Applied Surface Science, – 2011. – No. 257(9). P. 4014–4020. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.11.167Çavuşlu, F., Usta M. Kinetics and mechanical study of plasma electrolytic carburizing for pure iron // Applied Surface Science, – 2011. – No. 257(9). P. 4014–4020. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.11.167Скаков М.К., Рахадилов Б.К., Батырбеков Э.Г, Манапбаева А.Б. Повышение износостойкости быстрорежущих сталей электролитно-плазменным азотированием // Вестник КазНУ. – 2014. – №1 (48) – С. 53–59.Skakov M.K., Rakhadilov B.K., Batyrbekov E.G, Manapbaeva A.B. Povyshenie iznosostoykosti bystrorezhushchikh staley elektrolitno-plazmennym azotirovaniem // Vestnik KazNU. – 2014. – No. 1 (48) – P. 53–59.Рaхaдилов Б.К., Журеровa Л.Г., Пaвлов A.В., Виелеба В.К. Электролитно-плaзменнaя поверхностнaя зaкaлкa низколегировaнных стaлей 65Г и 20ГЛ // Вестник Карагандинского университета. – 2016. – № 4(84). – С. 8–13.Rakhadilov B.K., Zhurerova L.G., Pavlov A.V., Vieleba V.K. Elektrolitno-plazmennaya poverkhnostnaya zakalka nizkolegirovannykh staley 65G i 20GL // Vestnik Karagandinskogo universiteta. – 2016. – No. 4(84). – P. 8–13.Rakhadilov B.K., Tabiyeva Y.Y., Uazyrkhanova G.K., Zhurerova L.G., Popova N.A. Effect of electrolyte-plasma surface hardening on structure wheel steel 2 // Bulletin of the karaganda university. Physics series – 2020. – No. 2(98). – P. 68–74. https://doi.org/10.31489/2020Ph2/68-74Rakhadilov B.K., Tabiyeva Y.Y., Uazyrkhanova G.K., Zhurerova L.G., Popova N.A. Effect of electrolyte-plasma surface hardening on structure wheel steel 2 // Bulletin of the karaganda university. Physics series – 2020. – No. 2(98). – P. 68–74. https://doi.org/10.31489/2020Ph2/68-74Baizhan D., Rakhadilov B. , Zhurerova L., Tyurin Y., Sagdoldina ZH., Adilkanova M., Kozhanova R. Investigation of Changes in the Structural-Phase State and the Efficiency of Hardening of 30CrMnSiA Steel by the Method of Electrolytic Plasma Thermocyclic Surface Treatment // Coatings. – 2022. – V.12. https://doi.org/10.3390/coatings12111696Baizhan D., Rakhadilov B. , Zhurerova L., Tyurin Y., Sagdoldina ZH., Adilkanova M., Kozhanova R. Investigation of Changes in the Structural-Phase State and the Efficiency of Hardening of 30CrMnSiA Steel by the Method of Electrolytic Plasma Thermocyclic Surface Treatment // Coatings. – 2022. – V. 12. https://doi.org/10.3390/coatings12111696Skakov M., Kurbanbekov Sh., Scheffler M. Influence of Regimes Electrolytic Plasma Cementation on the Mechanical Properties of Steel 12Cr18Ni10Ti // Key Engineering Materials. – 2013. – V. 531–532. – P. 173–177. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.531532.173Skakov M., Kurbanbekov Sh., Scheffler M. Influence of Regimes Electrolytic Plasma Cementation on the Mechanical Properties of Steel 12Cr18Ni10Ti // Key Engineering Materials. – 2013. – V. 531–532. – P. 173–177. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.531532.173Rakhadilov B.K., Zhurerova L.G., Sсheffler M., Khassenov A.K. Change in high-temperature wear resistance of high-speed steel by plasma nitriding // Вестник Карагандинского университета. – 2018. – № 3(91). – P. 59–65.Rakhadilov B.K., Zhurerova L.G., Ssheffler M., Khassenov A.K. Change in high-temperature wear resistance of high-speed steel by plasma nitriding // Vestnik Karagandinskogo universiteta. – 2018. – No. 3(91). – P. 59–65.Попова Н.А., Журерова Л.Г., Никоненко Е.Л., Скаков М.К. Фазовые превращения в стали 30ХГС под действием электролитно-плазменной нитроцементации // Вестник Томского государственного университета. – 2016. – № 1. – С. 60–70.Popova N.A., Zhurerova L.G., Nikonenko E.L., Skakov M.K. Fazovye prevrashcheniya v stali 30KhGS pod deystviem elektrolitno-plazmennoy nitrotsementatsii // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. – 2016. – No. 1. – P. 60–70.Скаков М.К., Батырбеков Э.Г., Журерова Л.Г. Технология плазменно-электролитического борирования поверхности стали 30ХГСА // Вестник КазНТУ. – 2015. – № 3. – С. 377–384.Skakov M.K., Batyrbekov E.G., Zhurerova L.G. Tekhnologiya plazmenno-elektroliticheskogo borirovaniya poverkhnosti stali 30KhGSA // Vestnik KazNTU. – 2015. – No. 3. – P. 377–384.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.