DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.10(41).2.82-94
Influence of Modifying Impurities on Microstructure and Properties of Electroslag Surfacing Layers for Restoration of Ploughshares and Cultivator Tines
About the Authors
Ivan Rybalko, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), State Biotechnological University, Kharkiv, Ukraine, e-mail: irybalko.ua@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3663-019X
Oleksandr Tihonov, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), State Biotechnological University, Kharkiv, Ukraine, e-mail: texas2002@btu.kharkiv.ua, ORCID ID: 0000-0001-7209-8375
Andrii Zakharov, post-graduate, State Biotechnological University, Kharkiv, Ukraine, e-mail: zakharovandrey1997@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-9894-7355
Abstract
The article investigates the influence of modifying impurities such as niobium carbides (NbC), zirconium oxides (ZrO2), graphite and others on the microstructure, mechanical, corrosion and tribological properties of the deposited layers obtained by the electroslag method. The main objective of the study is to improve the performance of the working bodies of agricultural implements, such as ploughshares and cultivator tines, by applying special deposited layers. The paper discusses the influence of different types of modifying additives on microstructural changes and properties of the deposited layers, and evaluates the effectiveness of using such layers for the restoration of agricultural parts.
The use of niobium carbides and zirconium oxides can significantly increase the hardness and wear resistance of the deposited layers due to the formation of a stable microstructure with hard inclusions, which provides increased resistance to abrasive wear. Graphite, in turn, reduces the coefficient of friction, which reduces energy costs during operation and improves the efficiency of the restored parts. The article also presents the results of metallographic studies, microhardness measurements, corrosion and tribological tests, which confirm the effectiveness of using modifying additives to improve the properties of the deposited layers.
In addition to the experimental studies, a mathematical model was developed to predict the wear of the deposited layers. The model takes into account such parameters as microstructure, mechanical properties and operating conditions, which allows us to predict wear resistance and optimise the composition of deposited materials to ensure maximum service life of parts. The modelling results show high prediction accuracy, which is confirmed by experimental data.
The article also presents the results of field tests, which showed that the use of modified welded layers on ploughshares and cultivator tines can increase their service life by 25-30% compared to unmodified (factory) samples. This leads to a reduction in maintenance costs and an increase in the economic efficiency of agricultural production. An economic analysis has been carried out, which shows a reduction in the cost of maintenance and repair of equipment due to the use of linings with improved properties.
Thus, the results of the study show that the application of the electroslag surfacing method with the use of modifying additives is a promising approach to restore agricultural working bodies, increase their wear resistance and reduce operating costs. The proposed materials and methods can be used to increase the efficiency of maintenance and reduce the cost of replacing parts in the agricultural sector.
Keywords
surfacing, microstructure, microhardness, electroslag method, flux-cored wires, modifying additives, ploughshares, cultivator tines, wear resistance, mathematical model, economic efficiency, tribological properties
Full Text:
PDF
References
1. Dziubyk, A. R., Voitovych, A. A., & Dziubyk, L. V. (2016). Optimization of the technology for surfacing wear-resistant layers on flat structural elements. Automation of Production Processes in Mechanical Engineering and Instrument Making, (50), 103–110. [in Ukrainian]
2. Peremytko, V. I. (2024). Increasing metal wear resistance by adding hydrocarbons to the composition of powder wire in arc surfacing. Current Issues of Modern Science, 119–120. [in Ukrainian]
3. Korzhyk, V. M., Humeniuk, Yu. P., & Kondratenko, V. V. (2022). Influence of arc surfacing methods on layer formation and metal structure. Materials of the International Scientific and Technical Conference “Welding and Related Technologies”, 207–209. [in Ukrainian]
4. Sikorskyi, L. B., & Biryukovych, L. V. (2019). Influence of aluminum content on the microstructure and phase composition of Ti-Si-Al alloys. New Materials and Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering, (1), 25–30. [in Ukrainian]
5. Peremytko, V. I. (2021). Influence of longitudinal magnetic field on the efficiency of the arc surfacing process. Automatic Welding, (8), 25–29. [in Ukrainian]
6. Pokhmurska, H. V., Student, M. M., & Voitovych, A. A. (2015). Microstructure modification of surfaced layers based on PDCr10B4 powder wire with the addition of Al, Mg. Problems of Tribology, (3), 98–101. [in Ukrainian]
7. Rybalko, I. M., Tikhonov, O. V., & Zakharov, A. V. (2021). Development of a method to increase the wear resistance of cultivator arrow-shaped shovels. Abstracts of the VIII International Scientific and Technical Conference “Kramarovsky Readings”. Kyiv: NUBiP of Ukraine, 68–71. [in Ukrainian]
8. Skoblo, T. S., Nanka, O. V., Saichuk, O. V., Rybalko, I. M., Markov, O. V., & Zakharov, A. V. (2021). Theoretical evaluation of structure formation features with the introduction of carbon-containing powder compositions in coatings. Industry in Focus. Kharkiv, (5/101), 52–56. [in Ukrainian]
9. Rybalko, I. M., Saichuk, O. V., & Zakharov, A. V. (2022). Electroslag surfacing of product surfaces with composite wear-resistant additives. Abstracts of the IX International Scientific and Technical Online Conference “Kramarovsky Readings”. Kyiv: NUBiP of Ukraine, 56–59. [in Ukrainian]
Citations
1. Дзюбик А. Р., Войтович А. А., Дзюбик Л. В. Оптимізація технології наплавлення зносостійких шарів на плоскі елементи конструкцій // Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні. 2016. Вип. 50. С. 103–110.
2. Перемитко В. І. Підвищення опірності зносу металу за рахунок додавання вуглеводнів до складу порошкового дроту при електродуговому наплавленні // Актуальні проблеми сучасної науки. 2024. С. 119–120.
3. Коржик В. М., Гуменюк Ю. П., Кондратенко В. В. Вплив способів дугового наплавлення на формування шарів та структуру металу // Матеріали МНТК «Зварювання та споріднені технології». 2022. С. 207–209.
4. Сікорський Л. Б., Бірюкович Л. В. Вплив вмісту алюмінію на мікроструктуру і фазовий склад сплавів Ti-Si-Al // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2019. №1. С. 25–30.
5. Перемитко В. І. Вплив поздовжнього керуючого магнітного поля на ефективність процесу дугового наплавлення // Автоматичне зварювання. 2021. №8. С. 25–29.
6. Похмурська Г.В., Студент М.М., Войтович А.А. Модифікування мікроструктури наплавлених шарів на основі порошкового дроту ПДCr10B4 із додаванням Al, Mg // Проблеми трибології. — 2015. №3. С. 98–101.
7. Рибалко І. М., Тіхонов О. В., Захаров А.В. Розроблення способу підвищення зносостійкості культиваторних стрілчастих лап: тези VIII Міжнародної науково-технічної конференції «Крамаровські читання». Київ: НУБіП України, 2021. С. 68-71.
8. Скобло Т. С., Нанка О. В., Сайчук О. В., Рибалко І. М., Марков О. В., Захаров А.В. Теоретична оцінка особливостей структуроутворення при введенні вуглецевмісних порошкових композицій в покриття: стаття. Інформаційно-аналітичний міжнародний технічний журнал «Промисловість в Фокусі». Харків, 2021. № 5 (101). С. 52-56.
9. Рибалко І. М., Сайчук О. В., Захаров А.В. Електрошлакова наплавка поверхонь виробів композиційними зносостійкими домішками: тези IX Міжнародної науково-технічної онлайн конференції «Крамаровські читання». Київ: НУБіП України, 2022. С. 56-59.
Copyright (c) 2024 Ivan Rybalko, Oleksandr Tihonov, Andrii Zakharov
Influence of Modifying Impurities on Microstructure and Properties of Electroslag Surfacing Layers for Restoration of Ploughshares and Cultivator Tines
About the Authors
Ivan Rybalko, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), State Biotechnological University, Kharkiv, Ukraine, e-mail: irybalko.ua@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3663-019X
Oleksandr Tihonov, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), State Biotechnological University, Kharkiv, Ukraine, e-mail: texas2002@btu.kharkiv.ua, ORCID ID: 0000-0001-7209-8375
Andrii Zakharov, post-graduate, State Biotechnological University, Kharkiv, Ukraine, e-mail: zakharovandrey1997@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-9894-7355
Abstract
Keywords
Full Text:
PDFReferences
1. Dziubyk, A. R., Voitovych, A. A., & Dziubyk, L. V. (2016). Optimization of the technology for surfacing wear-resistant layers on flat structural elements. Automation of Production Processes in Mechanical Engineering and Instrument Making, (50), 103–110. [in Ukrainian]
2. Peremytko, V. I. (2024). Increasing metal wear resistance by adding hydrocarbons to the composition of powder wire in arc surfacing. Current Issues of Modern Science, 119–120. [in Ukrainian]
3. Korzhyk, V. M., Humeniuk, Yu. P., & Kondratenko, V. V. (2022). Influence of arc surfacing methods on layer formation and metal structure. Materials of the International Scientific and Technical Conference “Welding and Related Technologies”, 207–209. [in Ukrainian]
4. Sikorskyi, L. B., & Biryukovych, L. V. (2019). Influence of aluminum content on the microstructure and phase composition of Ti-Si-Al alloys. New Materials and Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering, (1), 25–30. [in Ukrainian]
5. Peremytko, V. I. (2021). Influence of longitudinal magnetic field on the efficiency of the arc surfacing process. Automatic Welding, (8), 25–29. [in Ukrainian]
6. Pokhmurska, H. V., Student, M. M., & Voitovych, A. A. (2015). Microstructure modification of surfaced layers based on PDCr10B4 powder wire with the addition of Al, Mg. Problems of Tribology, (3), 98–101. [in Ukrainian]
7. Rybalko, I. M., Tikhonov, O. V., & Zakharov, A. V. (2021). Development of a method to increase the wear resistance of cultivator arrow-shaped shovels. Abstracts of the VIII International Scientific and Technical Conference “Kramarovsky Readings”. Kyiv: NUBiP of Ukraine, 68–71. [in Ukrainian]
8. Skoblo, T. S., Nanka, O. V., Saichuk, O. V., Rybalko, I. M., Markov, O. V., & Zakharov, A. V. (2021). Theoretical evaluation of structure formation features with the introduction of carbon-containing powder compositions in coatings. Industry in Focus. Kharkiv, (5/101), 52–56. [in Ukrainian]
9. Rybalko, I. M., Saichuk, O. V., & Zakharov, A. V. (2022). Electroslag surfacing of product surfaces with composite wear-resistant additives. Abstracts of the IX International Scientific and Technical Online Conference “Kramarovsky Readings”. Kyiv: NUBiP of Ukraine, 56–59. [in Ukrainian]
Citations
1. Дзюбик А. Р., Войтович А. А., Дзюбик Л. В. Оптимізація технології наплавлення зносостійких шарів на плоскі елементи конструкцій // Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні. 2016. Вип. 50. С. 103–110.
2. Перемитко В. І. Підвищення опірності зносу металу за рахунок додавання вуглеводнів до складу порошкового дроту при електродуговому наплавленні // Актуальні проблеми сучасної науки. 2024. С. 119–120.
3. Коржик В. М., Гуменюк Ю. П., Кондратенко В. В. Вплив способів дугового наплавлення на формування шарів та структуру металу // Матеріали МНТК «Зварювання та споріднені технології». 2022. С. 207–209.
4. Сікорський Л. Б., Бірюкович Л. В. Вплив вмісту алюмінію на мікроструктуру і фазовий склад сплавів Ti-Si-Al // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2019. №1. С. 25–30.
5. Перемитко В. І. Вплив поздовжнього керуючого магнітного поля на ефективність процесу дугового наплавлення // Автоматичне зварювання. 2021. №8. С. 25–29.
6. Похмурська Г.В., Студент М.М., Войтович А.А. Модифікування мікроструктури наплавлених шарів на основі порошкового дроту ПДCr10B4 із додаванням Al, Mg // Проблеми трибології. — 2015. №3. С. 98–101.
7. Рибалко І. М., Тіхонов О. В., Захаров А.В. Розроблення способу підвищення зносостійкості культиваторних стрілчастих лап: тези VIII Міжнародної науково-технічної конференції «Крамаровські читання». Київ: НУБіП України, 2021. С. 68-71.
8. Скобло Т. С., Нанка О. В., Сайчук О. В., Рибалко І. М., Марков О. В., Захаров А.В. Теоретична оцінка особливостей структуроутворення при введенні вуглецевмісних порошкових композицій в покриття: стаття. Інформаційно-аналітичний міжнародний технічний журнал «Промисловість в Фокусі». Харків, 2021. № 5 (101). С. 52-56.
9. Рибалко І. М., Сайчук О. В., Захаров А.В. Електрошлакова наплавка поверхонь виробів композиційними зносостійкими домішками: тези IX Міжнародної науково-технічної онлайн конференції «Крамаровські читання». Київ: НУБіП України, 2022. С. 56-59.