blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2026-4-374-380blackmet-3126Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEСопротивление изнашиванию деталей машин после термической обработки в магнитном полеWear resistance of machine parts after heat treatment in magnetic fieldhttps://orcid.org/0000-0001-6999-3520ПустовойтВ. Н.PustovoitV. N.

Виктор Николаевич Пустовойт, д.т.н., профессор кафедры «Материаловедение и технологии металлов»

Россия, 344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Viktor N. Pustovoit, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Materials Science and Metal Technology

1 Gagarina Sqr., Rostov-on-Don 344003, Russian Federation

pustovoyt45@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8558-1136ДолгачевЮ. В.DolgachevYu. V.

Юрий Вячеславович Долгачев, д.т.н., профессор кафедры «Материаловедение и технологии металлов»

Россия, 344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Yuri V. Dolgachev, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair of Materials Science and Metal Technology

1 Gagarina Sqr., Rostov-on-Don 344003, Russian Federation

ydolgachev@donstu.ruДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation202627082026694374380Copyright © Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В., 20262026Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В.Pustovoit V.N., Dolgachev Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/3126

Долговечность машиностроительных деталей лимитируется допустимой степенью износа. При термической обработке деталей в магнитном поле отмечаются изменения в структуре и механических свойствах материалов, поэтому представляется актуальным оценить влияние данной технологии на сопротивление изнашиванию. Такую оценку можно провести с помощью лабораторных, стендовых и натурных испытаний. Целью настоящей работы являлась оценка изменения в показателях, характеризующих износ, при проведении операций термической обработки с наложением постоянного магнитного поля в сравнении со стандартными режимами обработки. Магнитные поля напряженностью порядка 1,5 МА/м получали в межполюсном зазоре электромагнита ФЛ-1. Исследуемые образцы изготавливались из стали У8 и ковкого ферритного чугуна КЧ 33-8, которые подвергались закалке от температуры нагрева в печи 1000 °С. Образцы испытывали при трении о закрепленные абразивные частицы под постоянной нагрузкой на машине трения Х4-Б по традиционной методике. Максимальный эффект в увеличении износостойкости наблюдается после закалки деталей в магнитном поле. Проведение низкого отпуска несколько снижает износостойкость, что вызвано повышением пластичности и изменениями в механизмах разрушения. После закалки в магнитном поле проведение отпуска также в магнитном поле позволяет сохранить износостойкость на более высоком уровне. После термообработки в магнитном поле имеет место уменьшение вырывов и выкрашиваний (хрупкого разрушения) по краям царапин от абразивных частиц. Статистический анализ профилограмм поверхностей трения свидетельствует о большей равномерности в расположении структурных барьеров для микроструктуры стали, обработанной с магнитным полем. Сравнительные стендовые и полевые испытания показали эффективность термической обработки в магнитном поле, которая обеспечивает прирост износостойкости деталей сельскохозяйственной техники до 1,4 раза.

The durability of machine-building parts is limited by the permissible degree of wear. During the heat treatment of parts in magnetic field, changes in the structure and mechanical properties of materials are noted, therefore it seems important to evaluate the effect of this technology on wear resistance. Such an assessment can be carried out using laboratory, bench and field tests. The purpose of this work was to evaluate the changes in the indicators characterizing wear during heat treatment operations with the application of a permanent magnetic field in compa­rison with standard treatment modes. Magnetic fields of the order of 1.5 MA/m were obtained in the interpolar gap of the FL-1 electromagnet. The studied samples were made of U8 steel and ductile ferritic cast iron KCh 33-8, which were quenched at a furnace heating temperature of 1000 °C. The samples were tested by friction against fixed abrasive particles under constant load on Kh4-B friction machine according to the traditional method. The maximum effect in increasing wear resistance is observed after quenching the parts in a magnetic field. Low tempering slightly reduces wear resistance, which is caused by increased plasticity and changes in the fracture mechanisms. After quenching in magnetic field, tempering also in magnetic field allows one to maintain wear resistance at a higher level. After heat treatment in magnetic field, there is a decrease in breakouts and discoloration (brittle fracture) along the edges of scratches from abrasive particles. Statistical analysis of the profiles of friction surfaces indicates a greater uniformity in the arrangement of structural barriers for the microstructure of steel treated with magnetic field. Comparative bench and field tests showed the effectiveness of heat treatment in magnetic field, which provides an increase in wear resistance of agricultural machine parts up to 1.4 times.

износостойкостьдолговечностьзакалкаотпускмагнитное полесталичугуныдетали машинпочвообрабатывающие орудияwear resistancedurabilityhardeningtemperingmagnetic fieldsteelcast ironmachine partstillage implementsАвторы благодарят сотрудников кафедры «Материаловедение и технологии металлов» Донского государственного технического университета за помощь в получении и обсуждении результатов.The authors express their gratitude to the staff of the Chair of Materials Science and Metal Technology of the Don State Technical University for assistance in obtaining and discussing the results.ReferencesTrukhanska O. Technological methods of increasing wear resistance and durability of details. Machinery, Energy, Transport of Agro-Industrial Complex. 2020;(4(111)): 109–115. https://doi/10.37128/2520-6168-2020-4Trukhanska O. Technological methods of increasing wear resistance and durability of details. Machinery, Energy, Transport of Agro-Industrial Complex. 2020;(4(111)): 109–115. https://doi/10.37128/2520-6168-2020-4Yakovleva A.P. Improving the durability of machine parts using a combined method. Materials Science Forum. 2019; 946:37–41. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.946.37Yakovleva A.P. Improving the durability of machine parts using a combined method. Materials Science Forum. 2019; 946:37–41. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.946.37Neale M.J., Gee M. A Guide to Wear Problems and Testing for Industry. William Andrew; 2001:157.Neale M.J., Gee M. A Guide to Wear Problems and Testing for Industry. William Andrew; 2001:157.Bayer R.J. Mechanical Wear Fundamentals and Testing, Revised and Expanded. CRC Press; 2004:416.Bayer R.J. Mechanical Wear Fundamentals and Testing, Revised and Expanded. CRC Press; 2004:416.Full-Scale Fatigue Testing of Components and Structures. Marsh K.J. ed. Butterworth-Heinemann; 2013:346.Full-Scale Fatigue Testing of Components and Structures. Marsh K.J. ed. Butterworth-Heinemann; 2013:346.Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В. Магнитная гетерогенность аустенита и превращения в сталях. Ростов-на-Дону: Донской государственный технический университет; 2021:198.Pustovoit V.N., Dolgachev Yu.V. Magnetic Heterogeneity of Austenite and Transformations in Steels. Rostov-on-Don: Don State Technical University; 2021:198. (In Russ.).Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В. О природе мест зарождения мартенсита при закалке стали. Известия вузов. Черная металлургия. 2019;62(2):109–114. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-2-109-114Pustovoit V.N., Dolgachev Yu.V. Revisiting the nature of sites of martensite nucleation during steel hardening. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019;62(2):109–114. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-2-109-114Pustovoit V.N., Dolgachev Y.V., Aref’eva L.P. Changes in the structure of steel during quenching in a magnetic field. Materials Science Forum. 2020;989:79–84. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.989.79Pustovoit V.N., Dolgachev Y.V., Aref’eva L.P. Changes in the structure of steel during quenching in a magnetic field. Materials Science Forum. 2020;989:79–84. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.989.79Pustovoit V.N., Dolgachev Yu.V. Structural state of martensite and retained austenite in carbon steels after quenching in magnetic field. Metal Science and Heat Treatment. 2023;64:688–692. https://doi.org/10.1007/s11041-023-00873-7Pustovoit V.N., Dolgachev Yu.V. Structural state of martensite and retained austenite in carbon steels after quenching in magnetic field. Metal Science and Heat Treatment. 2023;64:688–692. https://doi.org/10.1007/s11041-023-00873-7Хрущев М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. Москва: Наука; 1970:251.Khrushchev M.M., Babichev M.A. Abrasive Wear. Moscow: Nauka; 1970:251. (In Russ.).Анцупов А.В., Анцупов А.В., Анцупов В.П. Теория и практика обеспечения надежности деталей машин по критериям кинетической прочности и износостойкости материалов. Магнитогорск: Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова; 2015:308.Antsupov A.V., Antsupov A.V., Antsupov V.P. Theory and Practice of Ensuring the Reliability of Machine Parts Based on the Criteria of Kinetic Strength and Wear Resistance of Materials. Magnitogorsk: Nosov MSTU; 2015:308. (In Russ.).Повышение надежности, долговечности и износостойкости рабочих органов дорожно-строительных машин / А.П. Щербаков, О.В. Кузьмин, А.А. Абросимова, А.А. Петров. Санкт-Петербург: Петрополис; 2022:343.Shcherbakov A.P., Kuz’min O.V., Abrosimova A.A., Pet­rov A.A. Improving the Reliability, Durability and Wear Resistance of Working Parts of Road Construction Machines. St. Petersburg: Petropolis; 2022:343. (In Russ.).Зинченко В.М. Основы технологического обеспечения стабильности, прочности и долговечности деталей машин. Москва: Московский государственный индуст­риальный университет; 2014:217.Zinchenko V.M. Fundamentals of Technological Support for Stability, Strength and Durability of Machine Parts. Moscow: Moscow State Industrial University; 2014:217. (In Russ.).Разрушение конструкционных сталей / А.М. Токмин, О.А. Масанский, Л.А. Свечникова, В.И. Темных. Красноярск: Сибирский федеральный университет; 2023:228.Tokmin A.M., Masanskii O.A., Svechnikova L.A., Temnykh V.I. Destruction of Structural Steels. Krasnoyarsk: Siberian Federal University; 2023:228. (In Russ.).González-Velázquez J.L. Fractography and Failure Analysis. Switzerland: Springer International Publishing; 2018:165.González-Velázquez J.L. Fractography and Failure Analysis. Switzerland: Springer International Publishing; 2018:165.Табенкин А.Н., Тарасов С.Б., Степанов С.Н. Текстура поверхности и ее измерение. Шероховатость, волнис­тость, профиль, топография. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; 2018:265.Tabenkin A.N., Tarasov S.B., Stepanov S.N. Surface Texture and its Measurement. Roughness, Waviness, Profile, Topography. St. Petersburg: Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; 2018:265. (In Russ.).Gohar R., Rahnejat H. Fundamentals of Tribology. World Scientific; 2018:520.Gohar R., Rahnejat H. Fundamentals of Tribology. World Scientific; 2018:520.Бернштейн М.Л. Прочность стали. Москва: Металлургия; 1974:199.Bernstein M.L. Strength of Steel. Moscow: Metallurgiya; 1974:199. (In Russ.).Wang Y., Yuan L., Zhang S., Sun C., Wang W., Yang G., Li Q., Wei Y. The influence of combined gradient structure with residual stress on crack-growth behavior in medium carbon steel. Engineering Fracture Mechanics. 2019;209: 369–381. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.01.037Wang Y., Yuan L., Zhang S., Sun C., Wang W., Yang G., Li Q., Wei Y. The influence of combined gradient structure with residual stress on crack-growth behavior in medium carbon steel. Engineering Fracture Mechanics. 2019;209: 369–381. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.01.037Sánchez-Huerta D., López-Perrusquia N., García E., Hilerio-Cruz I., Flores-Martínez M., Doñu-Ruiz M.A., Muhl S. Micro-abrasive wear behavior by the ball cratering technique on AISI L6 steel for agricultural application. Materials Letters. 2021;283:128904. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128904Sánchez-Huerta D., López-Perrusquia N., García E., Hilerio-Cruz I., Flores-Martínez M., Doñu-Ruiz M.A., Muhl S. Micro-abrasive wear behavior by the ball cratering technique on AISI L6 steel for agricultural application. Materials Letters. 2021;283:128904. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.128904

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