Стаття

Отримано 25.03.2024

Доопрацьовано 21.05.2024

Прийнято 11.06.2024

Взято з Том 28, № 2, 2024

Сторінки 21 -32

Stavinskiy, A., Vakhonina, L., Martynenko, V., Mardziavko, V., & Rudenko, А. (2024). The use of surface strengthening to increase the wear resistance of working bodies of agricultural machines. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 28(2), 21-32. https://doi.org/10.56407/bs.agrarian/2.2024.21

Використання поверхневого зміцнення для підвищення зносостійкості робочих органів сільськогосподарських машин

Андрій Ставинський Лариса Вахоніна Володимир Мартиненко Віталій Мардзявко Андрій Руденко

Дослідження було спрямоване на вивчення ефективних методів поверхневого зміцнення робочих органів сільськогосподарських машин для підвищення їхньої зносостійкості та продовження терміну служби. У ході дослідження використовувалися методи поверхневого зміцнення, такі як термічна обробка, хіміко-термічні процеси, покриття та механічні методи. Було показано, що різні методи зміцнення поверхні значно підвищують зносостійкість робочих частин сільськогосподарської техніки. Використання такої термічної обробки як індукційне загартування дозволило підвищити стійкість до зношування завдяки локалізованому нагріву і швидкому охолодженню, що призвело до збільшення твердості матеріалу. Хіміко-термічна обробка, включаючи цементацію, нітроцементацію та нітрування, продемонструвала значне покращення твердості поверхневого шару та підвищення корозійної стійкості. Механічні методи, такі як дробоструминна обробка та коткове зміцнення, збільшили твердість та зносостійкість на 30-50 % за рахунок пластичного деформування поверхні. Було доведено, що застосування наплавлення та покриттів фізичного осадження з парової фази/хімічного осадження з парової фази збільшує довговічність деталей на 20-40 %, що знижує експлуатаційні витрати та підвищує продуктивність сільськогосподарської техніки. У дослідженні розглядалися методи підвищення зносостійкості робочих частин сільськогосподарської техніки, при цьому наголошувалося на значній проблемі, пов’язаній з тим, що українські сільськогосподарські машини часто мали більш короткий термін служби (в 1,2-2 рази) порівняно з імпортними аналогами. Проаналізовано причини зносу та погіршення стану зубів культиватора, приділяючи особливу увагу впливу зносу на розмір та форму робочих частин, що призводило до зниження їх ефективності. Вивчені методи зміцнення поверхні можуть бути безпосередньо впроваджені у виробництво для збільшення довговічності та надійності робочих частин сільськогосподарської техніки, що сприятиме підвищенню їхньої ефективності та зниженню експлуатаційних витрат

цементація; індукційне загартування; термічна обробка; нітрид титану; алмазоподібні вуглецеві покриття

[1] Aramide, B., Pityana, S., Sadiku, R., Jamiru, T., & Popoola, P. (2021). Improving the durability of tillage tools through surface modification – a review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 116(1), 83-98. doi: 10.1007/s00170-021-07487-4.

[2] Aswad, M.F., Mohammed, A.J., & Faraj, S.R. (2021). Induction surface hardening: A review. Journal of Physics: Conference Series, 1973, article number 012087. doi: 10.1088/1742-6596/1973/1/012087.

[3] Benami, E., Jin, Z., Carter, M.R., Ghosh, A., Hijmans, R.J., Hobbs, A., Kenduiywo, B., & Lobell, D.B. (2021). Uniting remote sensing, crop modelling and economics for agricultural risk management. Nature Reviews Earth & Environment, 2(2), 140-159. doi: 10.1038/s43017-020-00122-y.

[4] Białobrzeska, B., Jasiński, R., Konat, Ł., & Szczepański, Ł. (2021). Analysis of the properties of hardox extreme steel and possibilities of its applications in machinery. Metals, 11(1), article number 162. doi: 10.3390/met11010162.

[5] Chen, P., An, J., Shu, S., Cheng, R., Nie, J., Jiang, T., & Wang, Z.L. (2021). Super‐durable, low‐wear, and high‐performance fur‐brush triboelectric nanogenerator for wind and water energy harvesting for smart agriculture. Advanced Energy Materials, 11(9), article number 2003066. doi: 10.1002/aenm.202003066.

[6] Dalcin, R.L., de Menezes, V.M., Oliveira, L.F., da Silva, C.H., das Neves, J.C.K., Diehl, C.A.T.S., & da Silva Rocha, A. (2022). Improvement on pitting wear resistance of gears by controlled forging and plasma nitriding. Journal of Materials Research and Technology, 18, 4698-4713. doi: 10.1016/j.jmrt.2022.04.122.

[7] Gulyarenko, A., & Bembenek, M. (2022). The method of calculating ploughshares durability in agricultural machines verified on plasma-hardened parts. Agriculture, 12(6), article number 841. doi: 10.3390/agriculture12060841.

[8] Hu, Y., Qin, Q., Wu, S., Zhao, X., & Wang, W. (2021). Fatigue resistance and remaining life assessment of induction-hardened S38C steel railway axles. International Journal of Fatigue, 144, article number 106068. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2020.106068.

[9] Huang, H., Niu, J., Xing, X., Lin, Q., Chen, H., & Qiao, Y. (2022). Effects of the shot peening process on corrosion resistance of aluminum alloy: A review. Coatings, 12(5), article number 629. doi: 10.3390/coatings12050629.

[10] Kantoríková, E., Fabian, P., & Sýkorová, M. (2021). Simulation of heat treatment of carburization and nitrocementation of 16MnCr5 steel. Archives of Foundry Engineering, 4(2021), 97-102. doi: 10.24425/afe.2021.138686.

[11] Kostin, A.M., & Martynenko, V.A. (2017). Analytical and practical assessment of higher strength hot-rolled plate weldability. Annals of “Dunarea de Jos” University of Galati. Fascicle XII, Welding Equipment and Technology, 28, 45-50.

[12] Kumar, S.S., Prasad, C.D., & Hanumanthappa, H. (2024). Role of thermal spray coatings on erosion, corrosion, and oxidation in various applications: A review. Journal of Bio-and Tribo-Corrosion, 10(2), article number 22. doi: 10.1007/s40735-024-00822-8.

[13] Liao, W., Zeng, F., & Chanieabate, M. (2022). Mechanization of small-scale agriculture in China: Lessons for enhancing smallholder access to agricultural machinery. Sustainability, 14(13), article number 7964. doi: 10.3390/su14137964.

[14] Liu, J., Ye, C., & Dong, Y. (2021). Recent development of thermally assisted surface hardening techniques: A review. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering, 2, article number 100006. doi: 10.1016/j.aime.2020.100006.

[15] Lorenzi, R.A.P., de Castro, V.V., Bullmann, M., de Andrade, A.M.H., Mariot, P., & de Fraga Malfatti, C. (2023). Increased wear resistance of cultivator coulters coated with Fe-Cr-Nb cladding and evaluated in field conditions: Sandy and compacted soil in southern Brazil. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 129(3), 1601-1612. doi: 10.1007/s00170-023-12376-z.

[16] Mallick, R., Kumar, R., Panda, A., & Sahoo, A.K. (2022). Hard turning performance evaluation using CVD and PVD coated carbide tools: A comparative study. Surface Review and Letters, 29(2), article number 2250020. doi: 10.1142/S0218625X22500202.

[17] Neill, L., Clarkson, C., & Schoville, B. (2022). Holding your shape: Controlled tip fracture experiments on cast porcelain points. Journal of Archaeological Science: Reports, 44, article number 103505. doi: 10.1016/j.jasrep.2022.103505.

[18] Nguyen, T.-T., & Le, T.-M. (2021). Optimization of the internal roller burnishing process for energy reduction and surface properties. Strojniški Vestnik – Journal of Mechanical Engineering, 67(4), 167-179. doi: 10.5545/sv-jme.2021.7106.

[19] Okafor, C.E., Sunday, I., Ani, O.I., Akçakale, N., Ekwueme, G.O., Ugwu, P.C., Nwanna, E.C., & Onovo, A.C. (2023). Biobased hybrid composite design for optimum hardness and wear resistance. Composites Part C: Open Access, 10, article number 100338. doi: 10.1016/j.jcomc.2022.100338.

[20] Pekşen, H., & Kalyon, A. (2021). Optimization and measurement of flank wear and surface roughness via Taguchi based grey relational analysis. Materials and Manufacturing Processes, 36(16), 1865-1874. doi: 10.1080/10426914.2021.1926497.

[21] Saygili, Y.S., & Cakmak, B. (2023). Improvement of wear resistance in toothed harrows coated with HVOF and PVD methods. Journal of Agricultural Science and Technology, 25(1), 47-59. doi: 10.52547/jast.25.1.47.

[22] Sobirjonov, A., Alimova, Z.X., Niyazova, G.P., Ayrapetov, D.A., & Siddikov, R.B. (2021). Prevention of corrosion and accelerated wear of agricultural machinery. Ilkogretim Online-Elementary Education Online, 20(5), 7482-7486. doi: 10.17051/ilkonline.2021.05.848.

[23] Sydow, Z., Sydow, M., Wojciechowski, Ł., & Bieńczak, K. (2021). Tribological performance of composites reinforced with the agricultural, industrial and post-consumer wastes: A review. Materials, 14(8), article number 1863. doi: 10.3390/ma14081863.

[24] Tekeste, M.Z., Balvanz, L.R., Al-Aani, F., Boesenberg, A., & Hatfield, J.L. (2022). Hardened edges effects on wear characteristics of cultivator sweeps using circular soil bin test. Journal of Tribology, 144(2), article number 024501. doi: 10.1115/1.4050805.

[25] Tulaganova, L., Yunushuzhaev, S., & Juraeva, G. (2022). Improving the wear resistance and durability of cultivator tools. Journal of Physics: Conference Series, 2373, article number 022026. doi: 10.1088/1742-6596/2373/2/022026.

[26] Unal, O., Maleki, E., Karademir, I., Husem, F., Efe, Y., & Das, T. (2022). Effects of conventional shot peening, severe shot peening, re-shot peening and precised grinding operations on fatigue performance of AISI 1050 railway axle steel. International Journal of Fatigue, 155, article number 106613. doi: 10.1016/j.ijfatigue.2021.106613.

[27] Wang, Y., Wu, J., Pu, H., Chen, W., Yin, Q., Yang, S., & Ma, D. (2022). Effect of interface geometric parameters on the mechanical properties and damage evolution of layered cemented gangue backfill: Experiments and models. Construction and Building Materials, 349, article number 128678. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128678.

[28] Yadav, Y.K., Singh, A.K., & Siddhartha. (2023). Insights to improve the tribo-performance of materials used under slurry erosion applications: A review. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 237(1), 3-32. doi: 10.1177/14644207221108565.