techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2024-14-4-47-59techusgu-304Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEУпрочнение корпуса резца дорожной фрезы путем нанесения электроискрового покрытия на основе твердого сплава ВК8Strengthening the cutter body of a road milling machine by applying an electrospark coating based on VK8 hard alloyhttps://orcid.org/0009-0004-1225-4021КузнецоваЛ. П.KuznetsovaL P.

Кузнецова Любовь Петровна, кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры технологии материалов и транспорта.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Researcher ID ISA-1332-2023

Lyubov P. Kuznetsova - Candidate of Sciences (Chemistry), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Materials Technology and Transport, Southwest State University.

50 let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

Researcher ID ISA-1332-2023

lubakk8@list.ruhttps://orcid.org/0009-0007-1186-1470КузнецовК. Ю.KuznetsovK. Yu.

Кузнецов Константин Юрьевич - аспирант.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Konstantin Yu. Kuznetsov - Post-Graduate Student, Southwest State University.

50 let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

Nightvol@yandex.ruКолмыковВ. И.KolmykovV. I.

Колмыков Валерий Иванович - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии материалов и транспорта.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Valeriy I. Kolmykov - Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Professor of the Department of Materials Technology and Transport, Southwest State University.

50 let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

kafedratmit@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8460-3364ПереверзевА. С.PereverzevA. S.

Переверзев Антон Сергеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры технологии материалов и транспорта.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Researcher ID C-4041-2019

Anton S. Pereverzev - Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Materials Technology and Transport, Southwest State University.

50 let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

Researcher C-4041-2019

chaser-93@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0007-6997-1656СеменихинБ. А.SemenikhinB. A.

Семенихин Борис Анатольевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии материалов и транспорта.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Boris A. Semenikhin - Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Materials Technology and Transport, Southwest State University.

50 let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

borisss@bk.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation2024131220241444759Copyright © Кузнецова Л.П., Кузнецов К.Ю., Колмыков В.И., Переверзев А.С., Семенихин Б.А., 20242024Кузнецова Л.П., Кузнецов К.Ю., Колмыков В.И., Переверзев А.С., Семенихин Б.А.Kuznetsova L.P., Kuznetsov K.Y., Kolmykov V.I., Pereverzev A.S., Semenikhin B.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/304Цель

Цель. Разработка технологического процесса упрочнения корпуса резца дорожной фрезы путем нанесения электроискрового покрытия на основе сплава ВК8.

Методы

Методы. Для выполнения поставленной цели применялись современные приемы и оборудование. Нанесение покрытий производилось на предварительно подготовленные образцы, изготовленные из резца дорожной фрезы КЗТС А6/20, на установке электроискрового легирования UR-121. Технологические параметры: анод - наконечник резца (твердый сплав ВК8); катод - корпус резца (конструкционная легированная сталь); напряжение искрообразования 70 В; рабочая температура 18-20°С; технологический режим NORMA 100 Гц; амплитуда вибрации вибратора VIBRATION 11; электрический режим обработки MODE 3.

Для изучения элементного состава и микроструктуры упрочняющего покрытия осуществлены снимки при помощи энергодисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы EDAX, встроенного в растровый электронный микроскоп Quanta 600 FEG.

Испытание микротвердости по Виккерсу образцов до и после упрочнения проводили с помощью микротвердомера AFFRI DM-8.

Для испытания прочности, стойкости к царапанью и определения механизма разрушения образца использовали скретч-тестер Revetest.

Результаты

Результаты. В результате эксперимента были получены электроискровые упрочняющие покрытия на основе сплава ВК8 на корпусе резца дорожной фрезы. Осуществлен рециклинг отходов наконечников резцов путем нанесения износостойких покрытий на корпус резца КЗТС А6/20 методом электроискрового легирования.

Установлено, что упрочняющее покрытие не имеет пор, трещин и других дефектов, основными элементами его являются Fe, W, Mn, Cr, O. Микротвердость покрытия в 1,6 раз выше микротвердости подложки. При царапании покрытие на образцах истирается, но нет отслоек, то есть разрушается по когезионному механизму.

Заключение

Заключение. Выполненное исследование позволит разработать рекомендации к практическому применению ресурсосберегающих технологий по восстановлению и упрочнению корпусов резцов дорожной фрезы, осуществить процесс рециклинга.

The purpose of the study

The purpose of the study. Development of a technological process for strengthening the body of a road milling cutter by applying an electric spark coating based on VK8 alloy.

Methods

Methods. Modern techniques and equipment were used to achieve the set goal. The coatings were applied to pre-prepared samples made from the cutter of the KZTS A6/20 road milling machine using the UR-121 electric spark alloying unit.

Technological parameters

Technological parameters: anode - cutter tip (VK8 hard alloy); cathode - cutter body (structural alloy steel); sparking voltage 70 V; operating temperature 18-20°C; NORMA process mode 100 Hz; vibration amplitude of the vibrator VIBRATION 11; electric processing mode MODE 3.

To study the elemental composition and microstructure of the hardening coating, images were taken using an EDAX energy-dispersive X-ray analyzer built into a Quanta 600 FEG scanning electron microscope.

Vickers microhardness testing of samples before and after hardening was performed using an AFFRI DM-8 microhardness tester.

A Revetest scratch tester was used to test strength, scratch resistance, and determine the mechanism of sample failure.

Results

Results. As a result of the experiment, electrospark hardening coatings based on VK8 alloy were obtained on the cutter body of a road milling machine. Recycling of cutter tip waste was carried out by applying wear-resistant coatings to the cutter body of the KZTS A6/20 by the electrospark alloying method. It was found that the hardening coating does not have pores, cracks and other defects, its main elements are Fe, W, Mn, Cr, O. The microhardness of the coating is 1.6 times higher than the microhardness of the substrate. When scratched, the coating on the samples wears off, but there are no delaminations, that is, it is destroyed by the cohesive mechanism.

Conclusion

Conclusion. The completed study will allow developing recommendations for the practical application of resource-saving technologies for the restoration and strengthening of road milling cutter bodies and implementing the recycling process.

электроискровое покрытиеупрочнениесплаврезецelectric spark coatinghardeningalloycutterReferencesАстапов Е.С., Борилко А.С. Создание одно- и двухслойных электроискровых окалиностойких покрытий на вольфрамокобальтовых твердых сплавах // Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование: материалы Всероссийской молодежной научной конференции. Благовещенск: Амур. гос. ун-т, 2012. С. 59-62.Astapov E.S., Borilko A.S. Creation of one- and two-layer electrospark scale-resistant coatings on tungsten-cobalt hard alloys. In: Fizika: fundamental'nye i prikladnye issledovaniya, obrazovanie: materialy Vserossiiskoi molodezhnoi nauchnoi konferentsii = Physics: fundamental and applied research, education: materials of the All-Russian Youth Scientific Conference. Blagoveshchensk: Amur. gos. un-t; 2012. Р. 59-62. (In Russ.)Бурумкулов Ф.Х., Иванов В.И. Состояние и развитие электроискровых технологий и оборудования в России и за рубежом // Труды ГОСНИТИ. 2012. Т. 109, № 2. С. 127-139.Burumkulov F.Kh., Ivanov V.I. State and development of electrospark technologies and equipment in Russia and abroad. Trudy GOSNITI = Proceedings of GOSNITI. 2012;109(2):127-139. (In Russ.)Верхотуров А.Д., Муха И.М. Технология электроискрового легирования металлических поверхностей. Киев: Техника, 1982. 184 с.Verkhoturov A.D., Mukha I.M. Technology of electrospark alloying of metal surfaces. Technology. Kiev: Tekhnika; 1982. 184 р. (In Russ.)Верхотуров А.Д., Коневцов Л.А., Востриков Я.А. Формирование износостойкого покрытия методом ЭИЛ твердыми сплавами и переходными металлами IV - VI групп // Вестник института тяги и подвижного состава. 2014. № 10. С. 3-8.Verkhoturov A.D., Konevtsov L.A., Vostrikov Ya.A. Formation of a wear-resistant coating by the ESA method using hard alloys and transition metals of groups IV - VI. Vestnik instituta tyagi i podvizhnogo sostava = Bulletin of the Institute of Traction and Rolling Stock. 2014;(10):3-8. (In Russ.)Кузнецов К.Ю., Колмыков В.И., Кузнецова Л.П. Способы восстановления поверхности резцов дорожной фрезы // Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ - 2023): сборник научных статей 15-й Международной научно-технической конференции. Курск: Университетская книга, 2023. С. 119-122.Kuznetsov K.Yu., Kolmykov V.I., Kuznetsova L.P. Methods for restoring the surface of road milling cutters. In: Sovremennye avtomobil'nye materialy i tekhnologii (SAMIT - 2023): sbornik nauchnykh statei 15-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii = Modern automotive materials and technologies (SAMIT - 2023): collection scientific articles 15th International Scientific and Technical conference. Kursk: Universitetskaya kniga; 2023. P. 119-122. (In Russ.)Иванов В.И., Бурумкулов Ф.Х. Упрочнение и увеличение ресурса объектов электроискровым методом: классификация, особенности технологии // Электронная обработка материалов. 2010. № 5 (265). С. 27-36.Ivanov V.I., Burumkulov F.Kh. Strengthening and increasing the service life of objects using the electric spark method: classification, technology features. Elektronnaya obrabotka materialov = Electronic processing of materials. 2010;(5):27-36. (In Russ.)Кузнецов К.Ю. Исторический аспект развития металловедения и ресурсосберегающих технологий // Исторические, философские, методологические проблемы современной науки : сборник статей 6-й Международной научной конференции молодых ученых. Курск: Университетская книга, 2023. С. 20-24.Kuznetsov K.Yu. Historical aspect of the development of metallurgy and resource-saving technologies. In: Istoricheskie, filosofskie, metodologicheskie problemy sovremennoi nauki: sbornik statei 6-i Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii molodykh uchenykh = Historical, philosophical, methodological problems of modern science: collection of articles of the 6th International scientific conference of young scientists. Kursk: Universitetskaya kniga; 2023. P. 20-24. (In Russ.)Исследование элементного состава компонентов резцов дорожной фрезы методом рентгенофлуоресцентного анализа / Л.П. Кузнецова, К.Ю. Кузнецов, В.И. Колмыков, Б.А. Семенихин // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 3. С. 44-60. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-3-44-60Kuznetsova L.P., Kuznetsov K.Yu., Kolmykov V.I., Semenikhin B.A. Study of the elemental composition of the components of road milling cutters using X-ray fluorescence analysis. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tecknologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2023;13(3): 44-60. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-3-44-60Кузнецов К.Ю., Кузнецова Л.П. Твердосплавные резцы для дорожной фрезы // Технологии, машины и оборудование для проектирования, строительства объектов АПК: сборник научных статей Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов, магистров и бакалавров. Курск: Университетская книга, 2023. С. 229-232.Kuznetsov K.Yu., Kuznetsova L.P. Carbide cutters for road milling machines. In: Tekhnologii, mashiny i oborudovanie dlya proektirovaniya, stroitel'stva ob"ektov APK: sbornik nauchnykh statei Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii molodykh uchenykh, aspirantov, magistrov i bakalavrov = Technologies, machines and equipment for the design and construction of agricultural facilities: collection of scientific articles of the international scientific and technical conference of young scientists, postgraduate students, masters and bachelors. Kursk: Universitetskaya kniga; 2023. P. 229-232. (In Russ.)Кузнецов К.Ю., Кузнецова Л.П. Износ резцедержателей дорожной фрезы // Перспек-тивы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении: сборник научных статей Всероссийской научно-технической конференции. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2023. С. 203-208.Kuznetsov K.Yu., Kuznetsova L.P. Wear of cutter holders for road milling cutters. In: Perspektivy razvitiya tekhnologii obrabotki i oborudovaniya v mashinostroenii: sbornik nauchnykh statei Vserossiiskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii = Prospects for the development ofprocessing technologies and equipment in mechanical engineering: collection of scientific articles All-Russian scientific and technical conference. Voronezh: Voronezh. gos. tekhn. un-t; 2023. Р. 203-208. (In Russ.)Кузнецов К.Ю., Колмыков В.И., Кузнецова Л.П. Подготовка образцов из резца дорожной фрезы для нанесения упрочняющих покрытий // Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ - 2023): сборник научных статей 15-й Международной научно-технической конференции. Курск: Университетская книга, 2023. С. 122-126.Kuznetsov K.Yu., Kolmykov V.I., Kuznetsova L.P. Preparation of samples from a road milling cutter for applying hardening coatings. In: Sovremennye avtomobil'nye materialy i tekhnologii (SAMIT - 2023): sbornik nauchnykh statei 15-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii = Modern automotive materials and technologies (SAMIT - 2023): collection scientific Articles 15th International Scientific and technical conference. Kursk: Universitetskaya kniga; 2023:122-126. (In Russ.)Кузнецов К.Ю., Колмыков В.И., Кузнецова Л.П. Износ резцов дорожной фрезы // Современные проблемы и направления развития металловедения и термической обработки металлов и сплавов: сборник научных статей 4-й Международной научно-практической конференции, посвященной памяти академика А.А. Байкова. Курск: Университетская книга, 2023. С. 76-79.Kuznetsov K.Yu., Kolmykov V.I., Kuznetsova L.P. Wear of road milling cutters. In: Sov- remennye problemy i napravleniya razvitiya metallovedeniya i termicheskoi obrabotki metallov i splavov: sbornik nauchnykh statei 4-i Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, posvyashchennoi pamyati akademika A.A. Baikova = Modern problems and directions of development of metal science and heat treatment of metals and alloys: collection of scientific articles of the 4th International Scientific and Practical Conference, dedicated to the memory of Academician A.A. Baykova. Kursk: Universitetskaya kniga, 2023. P. 76-79. (In Russ.)Validation of secondary fluorescence excitation in quantitative X-ray fluorescence analysis of thin alloy films / A. Wahlisch, C. Streeck, P. Honicke, B. Beckhoff // J. Anal. At. Spectrom. 2020. Vol. 35. P. 1664-1670. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ja/d0ja00171fWahlisch A., Streeck C., Honicke P., Beckhoff B. Validation of secondary fluorescence excitation in quantitative X-ray fluorescence analysis of thin alloy films. J. Anal. At. Spectrom. 2020;35:1664-1670. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ja/d0ja00171fОсновы универсальности и эффективности электроискрового легирования и перспективы его развития / В.И. Иванов, А.Е. Гитлевич, А.Ю. Костюков, Л.А. Коневцов // Труды Кольского научного центра РАН. 2018. Т. 9, № 2-2. С. 641-646.Ivanov V.I., Gitlevich A.E., Kostyukov A.Yu., Konevczov L.A. Fundamentals of universality and efficiency of electric spark alloying and prospects for its development. Trudy Kol'skogo nauchnogo tsentra RAN = Journal. Proceedings of the Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences. 2018;9(2-2):641-646. (In Russ.)Агеев Е.А., Серебровский В.И. Разработка и исследование технологии восстановления и упрочнения изношенных деталей машин композиционными гальваническими покрытиями с применением в качестве упрочняющей фазы вольфрамсодержащих электроэрозионных порошков микро- и нанофракций // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 2. С. 42-86.Ageev E.A., Serebrovsky V.I. Development and research of technology for the restoration and strengthening of worn machine parts with composite galvanic coatings using tungsten-containing electroerosive powders of micro- and nanofractions as a strengthening phase. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tecknologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2021;11(2):42-86. (In Russ.)Казанцева А.Е., Новиков А.А. Повышение поверхностного упрочнения низкоуглеродистых сталей методом электроискрового легирования // Техника и технологии машиностроения: материалы IV Международной студенческой научно-практической конференции. Омск: Омск. гос. техн. ун-т, 2015. С. 89-92.Kazantseva A.E., Novikov A.A. Increasing surface hardening of low-carbon steels by electrospark alloying. In: Tekhnika i tekhnologii mashinostroeniya: materialy IV Mezhdunarodnoi studencheskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii = Engineering and technology of mechanical engineering: materials of the IV international student scientific and practical conference. Omsk: Omsk. gos. tekhn. un-t; 2015. Р. 89-92. (In Russ.)Микроструктура диффузионного покрытия, полученного одновременным насыщением бором, хромом и титаном углеродистой стали 45 / А.М. Гурьев, С.Г. Иванов, М.А. Гурьев, Е.В. Черных // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2018. Т. 15, № 2. С. 283-288.Gurev A.M., Ivanov S.G., Gurev M.A., Chernykh E.V. Microstructure of diffusion coating obtained by simultaneous saturation of carbon steel 45 with boron, chromium and titanium. Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniya = Fundamental Problems of Modern Materials Science. 2018;15(2):283-288. (In Russ.)Перевай Т.А. Измерение микротвердости по сечению наплавленного слоя методом газопорошковой наплавки // Инженерный вестник Дона. 2022. № 11(95). С. 748-754.Perevaj T.A. Measuring microhardness across the cross-section of the deposited layer using gas-powder surfacing. Inzhenernyi vestnik Dona = Engineering Bulletin of the Don. 2022;(11):748- 754. (In Russ.)Адгезионная прочность твердых антифрикционных покрытий узлов трения автомобильной техники / А.Ю. Родичев, А.Н. Новиков, М.А. Токмакова, И.В. Родичева // Мир транспорта и технологических машин. 2022. № 3-1(78). С. 3-12.Rodichev A.Yu., Novikov A.N., Tokmakova M.A., Rodicheva I.V. Adhesive strength of solid antifriction coatings of friction units of automotive equipment. Mir transporta i tekhnologicheskikh mashin = The World of Transport and Technological Machines. 2022;(3-1):3-12. (In Russ.)Осипов С.П., Школьный А.Н., Бида К.Б. Оценка экономической эффективности своевременной замены резцов дорожных фрез // Механизация строительства. 2014. № 9(843). С. 22-25.Osipov S.P., Shkolny A.N., Bida K.B. Evaluation of the durability of rotating cutters with wear-resistant inserts of arbitrary shape. Mekhanizatsiya stroitel'stva = Mechanization of construction. 2014;(9):22-25. (In Russ.)

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