kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2024-3(15)-51kaz44-1514Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ)CHEMICAL TECHNOLOGY (ORIGINAL ARTICLE)ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА НА ОСНОВЕ КАРБОНАТА НАТРИЯ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ 45APPLICATION OF ELECTROLYTE BASED ON SODIUM CARBONATE FOR ELECTROLYTEPLASMA SURFACE HARDENING OF STEEL 45https://orcid.org/0000-0001-5990-7123РахадиловБ.RakhadilovB.

Бауыржан Корабаевич Рахадилов – PhD, Проректор по научной работе,

070000, Казахстан, г. Усть-Каменогорск

Bauyrzhan Rakhadilov – PhD, Vice-rector on scientific work,

Ust-Kamenogorsk 070000

rakhadilovb@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5166-4761КусаиновР.KussainovR.

Ринат Кенжеевич Кусаинов – руководитель Инжинирингового центра,

071412, г. Семей, ул. Глинки 20 А

Rinat Kussainov – Head of the Engineering Center,

071412, Semey

rinat.k.kus@mail.ruБақытЖ.BakytZh.

Жанел Әділжанқызы Бақыт – младший научный сотрудник,

071412, г. Семей, ул. Глинки 20 А

Zhanel Bakyt – junior researcher,

071412, Semey

bakytzhanel@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0005-1953-316XНайманкумарулыЕ.NaimankumarulyYe.

Ерасыл Найманкумарулы – докторант специальности «Техническая физика»,

071412, г. Семей, ул. Глинки 20 А

Yerasyl Naimankumaruly – doctoral student of the specialty «Technical Physics»,

071412, Semey

naimankumarylu@gmail.comҚұрманғалиевН.KurmangalievR.

Ринат Құрманғалиев Хамитулы – младший научный сотрудник,

071412, г. Семей, ул. Глинки 20 А

Rinat Kurmangaliev – junior researcher,

071412, Semey

rinat_real@rambler.ruТОО «Plasma Science»КазахстанPlasma Science LLPKazakhstanИнжиниринговый центр «Упрочняющие технологий и покрытия», Университет имени Шакарима города СемейКазахстанEngineering Center «Strengthening Technologies and Coatings», Shakarim University of SemeyKazakhstan20240411202403(15)414424Copyright © Рахадилов Б., Кусаинов Р., Бақыт Ж., Найманкумарулы Е., Құрманғалиев Н., 20242024Рахадилов Б., Кусаинов Р., Бақыт Ж., Найманкумарулы Е., Құрманғалиев Н.Rakhadilov B., Kussainov R., Bakyt Z., Naimankumaruly Y., Kurmangaliev R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/1514

В данной статье оценивается электролитно-плазменное затвердевание стали 45 с использованием электролита на основе карбоната натрия. В ходе работы были исследованы теоретические основы процесса электролиза водного раствора карбоната натрия. Исследованы механические и трибологические свойства 45 проб стали после отверждения электролитической плазмы. Установлено, что после электролитически-плазменного отверждения 20% карбоната натрия и 80 дистиллированной воды образуется закаленная зона толщиной до 5 мм. Увеличение микротвердости составило до 690 ВВ, что соответствует увеличению в 3-3, 5 раза по сравнению с исходным состоянием. Результаты трибологических испытаний показали снижение коэффициента трения стали 45 после ЭПУ, что свидетельствует о значительном улучшении трибологических характеристик по сравнению с исходным значением до затухания. Также были проведены электрохимические испытания коррозионной стойкости стали 45. После EPU скорость коррозии значительно снизилась для моделей стали 45, что свидетельствует о ее максимальной коррозионной стойкости.

This article evaluates the electrolyte-plasma hardening (EPH) of steel 45 using an electrolyte based on sodium carbonate (Na₂CO₃). Theoretical foundations of the electrolysis process of a sodium carbonate aqueous solution were studied during the course of the work. The mechanical and tribological properties of 45 steel samples after EPH were studied. It was found that with an electrolyte composition of 20% Na₂CO₃ and 80% distilled water, a hardened zone with a thickness of up to 5 mm is formed after EPH. The increase in microhardness reached up to 690 HV, which corresponds to a 3–3.5 times increase compared to the initial state. The results of tribological tests showed that the friction coefficient of steel 45 decreased after EPH, indicating a significant improvement in tribological characteristics compared to the initial value before hardening. Electrochemical tests on the corrosion resistance of steel 45 were also carried out. After EPH, the corrosion rate significantly decreased for steel 45 samples, indicating its highest corrosion resistance.

электролитическое плазменное упрочнениесталь 45структураизносостойкостьмикротвердостьelectrolyte-plasma hardeningsteel 45structurewear resistancemicrohardnessThis research has been funded by the Science Committee of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan (Grant No. AP13068365).ReferencesThe cathodic electrolytic plasma hardening of the 20Cr2Ni4A chromium-nickel steel / B.K. Rakhadilov et al // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9, № 4. – P. 6969- 6976.The cathodic electrolytic plasma hardening of the 20Cr2Ni4A chromium-nickel steel / B.K. Rakhadilov et al // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9, № 4. – P. 6969- 6976.Busov A.I. Vliyanie elektrolitno-plazmennogo poverkhnostnogo uprochneniya na strukturu i svoystva stali 40KhN / A.I. Busov // Nauka, innovatsii i tekhnologii: ot idei k vnedreniyu. – 2022. – P. 352-353.Busov A.I. Vliyanie elektrolitno-plazmennogo poverkhnostnogo uprochneniya na strukturu i svoystva stali 40KhN / A.I. Busov // Nauka, innovatsii i tekhnologii: ot idei k vnedreniyu. – 2022. – P. 352-353.Kozhanova R.S. Vliyanie elektrolitno-plazmennogo uprochneniya na strukturu i eroziionnuyu stoikost' stali 65G / R.S. Kozhanova, B.K. Rakhadilov, Z.A. Satbayeva // Fundamental and applied problems of modern physics. – 2023. – P. 79.Kozhanova R.S. Vliyanie elektrolitno-plazmennogo uprochneniya na strukturu i eroziionnuyu stoikost' stali 65G / R.S. Kozhanova, B.K. Rakhadilov, Z.A. Satbayeva // Fundamental and applied problems of modern physics. – 2023. – P. 79.Modifikatsiya poverkhnosti stali 30KhGSA s primeneniem elektrolitno-plazmennogo termotsiklicheskogo uprochneniya / B.K. Rakhadilov et al // Novye materialy i tekhnologii: poroshkovaya metallurgiya, kompozitsionnye materialy, zashchitnye pokrytiya, Svarка. – 2022. – P. 610-616.Modifikatsiya poverkhnosti stali 30KhGSA s primeneniem elektrolitno-plazmennogo termotsiklicheskogo uprochneniya / B.K. Rakhadilov et al // Novye materialy i tekhnologii: poroshkovaya metallurgiya, kompozitsionnye materialy, zashchitnye pokrytiya, Svarка. – 2022. – P. 610-616.Kulikov I. Elektrolitno-plazmennaya obrabotka materialov / I. Kulikov, S. Vashchenko, A. Kamenev // Litres. – 2022.Kulikov I. Elektrolitno-plazmennaya obrabotka materialov / I. Kulikov, S. Vashchenko, A. Kamenev // Litres. – 2022.Satbayeva Z. Issledovanie mekhanicheskikh i tribologicheskikh svoystv khromonikelevoi stali pri elektrolitno-plazmennom uprochnenii / Z. Satbayeva // Moskva. – 2023. – Vol.1. – P. 615-617.Satbayeva Z. Issledovanie mekhanicheskikh i tribologicheskikh svoystv khromonikelevoi stali pri elektrolitno-plazmennom uprochnenii / Z. Satbayeva // Moskva. – 2023. – Vol.1. – P. 615-617.General Chemical. Soda ash Technical & Handling Guide. General Chemical Industrial Products. Available from: https://files.engineering.com/download.aspx?folder=255aa3ad-f047- 41a3-94f4-b20fccb2320c&file=sodaashtech-130416232158-phpapp02.pdf.General Chemical. Soda ash Technical & Handling Guide. General Chemical Industrial Products. Available from: https://files.engineering.com/download.aspx?folder=255aa3ad-f047- 41a3-94f4-b20fccb2320c&file=sodaashtech-130416232158-phpapp02.pdf.Ali M.F. Handbook of industrial chemistry / M.F. Ali, B.M. El Ali, J.G. Speight // McGraw-Hill Companies, New York, 2005. 9. Pogrebnyak A.D. Elektrolitno-plazmennaya obrabotka i nanesenie pokrytiy na metally i splavy / A.D. Pogrebnyak // Uspekhi fiziki metallov, 2005.Ali M.F. Handbook of industrial chemistry / M.F. Ali, B.M. El Ali, J.G. Speight // McGraw-Hill Companies, New York, 2005. 9. Pogrebnyak A.D. Elektrolitno-plazmennaya obrabotka i nanesenie pokrytiy na metally i splavy / A.D. Pogrebnyak // Uspekhi fiziki metallov, 2005.Gilazov I.N. O vozmozhnosti ispol'zovaniya elektrolitno-plazmennogo borirovaniya detalei / I.N. Gilazov, V.I. Astashchenko, D.V. Emelyanov // Materialy VIII Mezhdunarodnoi nauchnotekhnicheskoi konferentsii «Innovatsionnye mashinostroitelnye tekhnologii, oborudovanie i materialy – 2017 (MNTK «IMTOM-2017»). Ch. 2. / Kazan, 2017. – P. 305-308.Gilazov I.N. O vozmozhnosti ispol'zovaniya elektrolitno-plazmennogo borirovaniya detalei / I.N. Gilazov, V.I. Astashchenko, D.V. Emelyanov // Materialy VIII Mezhdunarodnoi nauchnotekhnicheskoi konferentsii «Innovatsionnye mashinostroitelnye tekhnologii, oborudovanie i materialy – 2017 (MNTK «IMTOM-2017»). Ch. 2. / Kazan, 2017. – P. 305-308.Pogrebnyak A.D. Elektrolitno-plazmennaya tekhnologiya dlya nanosheniya pokrytii i obrabotki metallov i splavov / A.D. Pogrebnyak, A.Sh. Kaverina, M.K. Kylyshkanov // Fizikokhimiya poverkhnosti i zashchita materialov. – 2014. – Vol. 50, № 1. – P. 72-88.Pogrebnyak A.D. Elektrolitno-plazmennaya tekhnologiya dlya nanosheniya pokrytii i obrabotki metallov i splavov / A.D. Pogrebnyak, A.Sh. Kaverina, M.K. Kylyshkanov // Fizikokhimiya poverkhnosti i zashchita materialov. – 2014. – Vol. 50, № 1. – P. 72-88.Tabieva E.E. Izmenenie struktury i svoistv poverkhnosti kolesnoi stali pri elektrolitno-plazmennoi poverkhnostnoi zakalke: Dissertatsiya na soiskanie stepeni doktora filosofii / E.E. Tabieva // Oskemen, 2022. – 120 p.Tabieva E.E. Izmenenie struktury i svoistv poverkhnosti kolesnoi stali pri elektrolitno-plazmennoi poverkhnostnoi zakalke: Dissertatsiya na soiskanie stepeni doktora filosofii / E.E. Tabieva // Oskemen, 2022. – 120 p.Dayanç A. The cathodic electrolytic plasma hardening of steel and cast iron based automotive camshafts / A. Dayanç, B. Karaca, L. Kumruoğlu // Acta Physica Polonica A. – 2017. – Vol. 131, № 3. – P. 374-378.Dayanç A. The cathodic electrolytic plasma hardening of steel and cast iron based automotive camshafts / A. Dayanç, B. Karaca, L. Kumruoğlu // Acta Physica Polonica A. – 2017. – Vol. 131, № 3. – P. 374-378.Saltanova M.A. Primenenie induktsionnoi zakalki pri obrabotke detalei / M.A. Saltanova, I.I. Vedernikova // Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i mekhanizmov. – 2022. – P. 228-232.Saltanova M.A. Primenenie induktsionnoi zakalki pri obrabotke detalei / M.A. Saltanova, I.I. Vedernikova // Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i mekhanizmov. – 2022. – P. 228-232.Salamekh A. Poverkhnostnaya zakalka kak sposob uprochneneniya detalei, ispytyvayushchikh peremennye nagruzki / A. Salamekh, V.A. Mamontov // Nauchnye trudy Astrakhanskogo GTU. – 2000. – Vol. 3, № 1. – P. 291.Salamekh A. Poverkhnostnaya zakalka kak sposob uprochneneniya detalei, ispytyvayushchikh peremennye nagruzki / A. Salamekh, V.A. Mamontov // Nauchnye trudy Astrakhanskogo GTU. – 2000. – Vol. 3, № 1. – P. 291.Popova N.A. Structure and phase composition of ferritic-pearlitic steel surface after electrolytic plasma quenching / N.A. Popova // Russian Physics Journal. – 2020. – Vol. 63. – P. 791-796.Popova N.A. Structure and phase composition of ferritic-pearlitic steel surface after electrolytic plasma quenching / N.A. Popova // Russian Physics Journal. – 2020. – Vol. 63. – P. 791-796.Influence of surface quenching on morphology and phase composition of ferritic-pearlitic steel / N.A. Popova et al // Izvestiya Ferrous Metallurgy. – 2021. – P. 920.Influence of surface quenching on morphology and phase composition of ferritic-pearlitic steel / N.A. Popova et al // Izvestiya Ferrous Metallurgy. – 2021. – P. 920.Vliyanie elektrolitno-plazmennoi zakalki na tribologicheskie svoistva stali 40KhN / A.B. Kenesbekov et al // Vestnik Vostochnokazakhstanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. D. Serikbaeva. – 2018. – № 4. – P. 144-151.Vliyanie elektrolitno-plazmennoi zakalki na tribologicheskie svoistva stali 40KhN / A.B. Kenesbekov et al // Vestnik Vostochnokazakhstanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. D. Serikbaeva. – 2018. – № 4. – P. 144-151.Satbayeva Z.A. Osobennosti strukturoobrazovaniya v stali 40KhN pri elektrolitno-plazmennom poverkhnostnom uprochnenii / Z.A. Satbayeva, D.R. Baizhan, A.B. Kenesbekov // Poroshkovaya metallurgiya: inzheneriya poverkhnosti, novye poroshkovye kompozitsionnye materialy. Svarка, 2019.Satbayeva Z.A. Osobennosti strukturoobrazovaniya v stali 40KhN pri elektrolitno-plazmennom poverkhnostnom uprochnenii / Z.A. Satbayeva, D.R. Baizhan, A.B. Kenesbekov // Poroshkovaya metallurgiya: inzheneriya poverkhnosti, novye poroshkovye kompozitsionnye materialy. Svarка, 2019.Rakhadilov B.K. Povyshenie iznosostoikosti detalei avtostsepnykh ustroistv elektrolitnoplazmennoi poverkhnostnoi zakalkoi / B.K. Rakhadilov, E. Kyzyrkhan, L.G. Zhurerova // Vestnik Vostochnokazakhstanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. D. Serikbaeva. – 2016. – № 3. – P. 117-121.Rakhadilov B.K. Povyshenie iznosostoikosti detalei avtostsepnykh ustroistv elektrolitnoplazmennoi poverkhnostnoi zakalkoi / B.K. Rakhadilov, E. Kyzyrkhan, L.G. Zhurerova // Vestnik Vostochnokazakhstanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. D. Serikbaeva. – 2016. – № 3. – P. 117-121.Tabieva E.E. Struktura i mekhanicheskie svoistva kolesnoi stali do i posle elektrolitnoplazmennoi poverkhnostnoi zakalki / E.E. Tabieva // Vestnik Vostochnokazakhstanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. D. Serikbaeva. – 2020. – № 3. – Р. 156-161.Tabieva E.E. Struktura i mekhanicheskie svoistva kolesnoi stali do i posle elektrolitnoplazmennoi poverkhnostnoi zakalki / E.E. Tabieva // Vestnik Vostochnokazakhstanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. D. Serikbaeva. – 2020. – № 3. – Р. 156-161.Satbayeva Z. Strukturoobrazovanie v legirovannykh stalyakh pri elektrolitno-plazmennom poverkhnostnom uprochnenii: Dissertatsiya na soiskanie stepeni doktora filosofii / Z. Satbayeva – Oskemen: 2022. – 160 p.Satbayeva Z. Strukturoobrazovanie v legirovannykh stalyakh pri elektrolitno-plazmennom poverkhnostnom uprochnenii: Dissertatsiya na soiskanie stepeni doktora filosofii / Z. Satbayeva – Oskemen: 2022. – 160 p.The impact of technological parameters of electrolytic-plasma treatment on the changes in the mechano-tribological properties of steel 45 / B. Rakhadilov et al // AIMS Materials Science. – 2024. – № 11(4). – Р. 666-683. doi: 10.3934/matersci.2024034.The impact of technological parameters of electrolytic-plasma treatment on the changes in the mechano-tribological properties of steel 45 / B. Rakhadilov et al // AIMS Materials Science. – 2024. – № 11(4). – Р. 666-683. doi: 10.3934/matersci.2024034.Ren Q.Q. The effects of heat-treatment parameters on the mechanical properties and microstructures of a low-carbon dual-phase steel / Q.Q. Ren // Materials Science and Engineering: A. – 2023. – Vol. 888. – P. 145801.Ren Q.Q. The effects of heat-treatment parameters on the mechanical properties and microstructures of a low-carbon dual-phase steel / Q.Q. Ren // Materials Science and Engineering: A. – 2023. – Vol. 888. – P. 145801.Zmii V.I. Kompleksnye diffuzionnye pokrytiya na uglerodistoi stali i ikh tribologicheskie kharakteristiki / V.I. Zmii // Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho avtomobilno-dorozhnoho universytetu. – 2006. – № 33.Zmii V.I. Kompleksnye diffuzionnye pokrytiya na uglerodistoi stali i ikh tribologicheskie kharakteristiki / V.I. Zmii // Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho avtomobilno-dorozhnoho universytetu. – 2006. – № 33.

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