kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2025-1(17)-44kaz44-1761Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ЗАКАЛКЕTHEORETICAL STUDIES OF THERMAL PROCESSES IN ELECTROLYTIC-PLASMA HARDENINGРахадиловБ. К.RakhadilovB.

Бауржан Рахадилов – PhD, проректор по научной работе Восточно-Казахстанского университета имени Сарсена Аманжолова

070000, г. Усть-Каменогорск, ул. Гоголя, 7Г

Bauyrzhan Rakhadilov – PhD, Vice-rector on scientific work of Sarsen Amanzholov East Kazakhstan University

070018, Ust-Kamenogorsk, Gogol str. 7G

rakhadilovb@mail.ruКусаиновР. К.KusainovR.

Ринат Кенжеевич Кусаинов – руководитель 

071412, г. Семей, ул. Физкультурная, 4а

Rinat Kenzheevich Kusainov – Head

071412, Semey, Fizkulturnaya str., 4a

rinat.k.kus@mail.ruКурмангалиевР. Х.KurmangalievR.

Ринат Хамитулы Курмангалиев – младший научный сотрудник 

071412, г. Семей, ул. Физкультурная, 4а

Rinat Khamituly Kurmangaliev – Junior Researcher 

071412, Semey, Fizkulturnaya str., 4a

rinat_real@rambler.ruБин Абд АзисМ. Н.Bin Abd AzisM.

Мухаммад Нуразлан Бин Абд Азис – PhD, доцент, Наноцентр, факультет науки и математики

anjong Malim, 35900, Перак

Muhammad Noorazlan Bin Abd Azis – PhD, Associate Professor, Nano Center, Faculty of Science and Mathematics

Tanjong Malim, 35900, Perak

azlanmn@fsmt.upsi.edu.myМусатаеваН. Е.MusataevaN. E.

Назира Мусатаева – студентка группы F-302

071412, г. Семей, ул. Физкультурная, 4а

Nazira Musataeva – Student of the F-302 group

071412, Semey, Fizkulturnaya str., 4a

naziramusataeva51@gmail.comТОО «Plasma Science»КазахстанLLP «Plasma Science»KazakhstanИнжиниринговый центр «Упрочняющие технологий и покрытия», Университет имени Шакарима города СемейКазахстанEngineering Center «Strengthening Technologies and Coatings»KazakhstanУниверситет образования султана ИдрисаМалайзияUniversiti Pendidikan Sultan IdrisMalaysia20252903202501(17)342352Copyright © Рахадилов Б.К., Кусаинов Р.К., Курмангалиев Р.Х., Бин Абд Азис М.Н., Мусатаева Н.Е., 20252025Рахадилов Б.К., Кусаинов Р.К., Курмангалиев Р.Х., Бин Абд Азис М.Н., Мусатаева Н.Е.Rakhadilov B., Kusainov R., Kurmangaliev R., Bin Abd Azis M., Musataeva N.E.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/1761

В статье рассмотрены теоретические аспекты тепловых процессов, происходящих при ЭПУ, включая анализ температурных полей и скоростей нагрева. Для численного моделирования использован метод конечных разностей, что позволило более точно определить распределение температуры в обрабатываемом материале. Рассматривалась задача теплопереноса в плоской пластине толщиной 15 мм, при котором граничные условия были следующими: на одной границе производился нагревание поверхностным тепловым потоком электролитной плазмы, с противоположной стороны тепло отводилось за счет конвекции в воздушной среде. Расчеты показали неравномерность распределения температуры по времени и глубине, что подтверждает возникновения трех разных структурных зон: зоны закалки, зоны термического воздействия и основной матрицы. Температура образцов при эксперименте измерялась с помощью термопары на расстоянии 2 мм от нагреваемой поверхности. Экспериментальные данные, полученные при обработке образцов из стали марки 45, подтвердили корректность численного моделирования. Результаты исследования демонстрируют эффективность использования численного моделирования, включая метод конечных разностей, для оптимизации параметров ЭПУ, что сокращает объем экспериментальных работ и снижает затраты на разработку технологий. Полученные данные могут быть использованы для совершенствования технологий упрочнения поверхностей деталей из конструкционных сталей, применяемых в сельскохозяйственной технике, машиностроении и других отраслях промышленности. Исследование подтверждает перспективность применения ЭПУ для повышения эксплуатационных характеристик стальных изделий.

This article examines the theoretical aspects of thermal processes occurring during electrolytic-plasma hardening (EPH), including the analysis of temperature fields and heating rates. The finite difference method was used for numerical modeling, allowing for a more precise determination of the temperature distribution in the treated material. The heat transfer problem in a flat plate with a thickness of 15 mm was considered, where the boundary conditions were as follows: on one boundary, heating was carried out by a surface thermal flux from the electrolyte plasma, while on the opposite side, heat was dissipated through convection in an air medium. The calculations revealed non-uniform temperature distribution over time and depth, confirming the formation of three distinct structural zones: the hardened zone, the heat-affected zone, and the base matrix. The temperature of the samples during the experiment was measured using a thermocouple positioned 2 mm from the heated surface. Experimental data obtained from the treatment of 45 steel samples confirmed the accuracy of the numerical modeling. The research results demonstrate the effectiveness of numerical modeling, including the finite difference method, in optimizing EPH parameters, thereby reducing the volume of experimental work and lowering technology development costs. The obtained data can be used to improve surface hardening technologies for structural steel components used in agricultural machinery, mechanical engineering, and other industries. The study confirms the potential of EPH for enhancing the operational characteristics of steel products.

Электролитно-плазменное упрочнениесталь 45уравнение теплопроводностичисленное моделированиетепловые процессыElectrolytic-plasma hardening45 steelheat conduction equationnumerical modelingthermal processesReferencesThermal conductivity coefficients of stainless steel 12X18H10T in a wide temperature range / S.V. Stankus et al // High-Temperature Thermophysics. – 2008. – Vol. 46, № 5. – P. 795-797.Thermal conductivity coefficients of stainless steel 12X18H10T in a wide temperature range / S.V. Stankus et al // High-Temperature Thermophysics. – 2008. – Vol. 46, № 5. – P. 795-797.Zinoviev V.E. Thermophysical properties of metals at high temperatures / V.E. Zinoviev // Handbook. – Metallurgy, 1989.Zinoviev V.E. Thermophysical properties of metals at high temperatures / V.E. Zinoviev // Handbook. – Metallurgy, 1989.Influence of equipment process parameters on the wear intensity of structural materials / M.Yu. Kolobov et al // Russian Chemical Journal. – 2023. – Vol. 67, № 1. – P. 64-69.Influence of equipment process parameters on the wear intensity of structural materials / M.Yu. Kolobov et al // Russian Chemical Journal. – 2023. – Vol. 67, № 1. – P. 64-69.Influence of plasma-electrolytic hardening regimes on the structure and properties of 65G steel / B.K. Rakhadilov et al // Eurasian Journal of Physics and Functional Materials. – 2021. – Vol. 5, № 3. – P. 209-221.Influence of plasma-electrolytic hardening regimes on the structure and properties of 65G steel / B.K. Rakhadilov et al // Eurasian Journal of Physics and Functional Materials. – 2021. – Vol. 5, № 3. – P. 209-221.Belkin P.N. Plasma-electrolytic hardening of steels: Review / P.N. Belkin, S.A. Kusmanov // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. – 2016. – Vol. 52, № 6. – P. 531-546.Belkin P.N. Plasma-electrolytic hardening of steels: Review / P.N. Belkin, S.A. Kusmanov // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. – 2016. – Vol. 52, № 6. – P. 531-546.Influence of electrolytic-plasma surface hardening on the structure and strength properties of ferrite-pearlite class steel for wheels / В.К. Rakhadilov et al // Eurasian Journal of Physics and Functional Materials. – 2020. – Vol. 4, № 2. – P. 167-173.Influence of electrolytic-plasma surface hardening on the structure and strength properties of ferrite-pearlite class steel for wheels / В.К. Rakhadilov et al // Eurasian Journal of Physics and Functional Materials. – 2020. – Vol. 4, № 2. – P. 167-173.Kusainov R.K. et al. Application of electrolytic-plasma hardening to improve the properties of machine parts made of steel 45.Kusainov R.K. et al. Application of electrolytic-plasma hardening to improve the properties of machine parts made of steel 45.Chepachenko Yu.I. Finite difference method for solving the heat conduction equation. – 2012.Chepachenko Yu.I. Finite difference method for solving the heat conduction equation. – 2012.Konyaeva N.I. Review of methods for restoring worn-out tillage machine parts / N.I. Konyaeva, N.V. Konyaev // Modern Materials, Equipment, and Technologies. – 2023. – № 1 (46). – P. 60-а.Konyaeva N.I. Review of methods for restoring worn-out tillage machine parts / N.I. Konyaeva, N.V. Konyaev // Modern Materials, Equipment, and Technologies. – 2023. – № 1 (46). – P. 60-а.Influence of electrolytic-plasma surface hardening on the structure and properties of 40XH steel / G.M. Toktarbaeva et al // Bulletin of the East Kazakhstan State Technical University named after D. Serikbayev. – 2020. – № 1. – P. 199-204.Influence of electrolytic-plasma surface hardening on the structure and properties of 40XH steel / G.M. Toktarbaeva et al // Bulletin of the East Kazakhstan State Technical University named after D. Serikbayev. – 2020. – № 1. – P. 199-204.Rakhadilov B.K. Improving the wear resistance of automatic coupler device parts through electrolytic-plasma surface hardening / B.K. Rakhadilov, Ye. Kyzyrkhan, L.G. Zhurerova // Bulletin of the East Kazakhstan State Technical University named after D. Serikbayev. – 2016. – № 3. – P. 117-121.Rakhadilov B.K. Improving the wear resistance of automatic coupler device parts through electrolytic-plasma surface hardening / B.K. Rakhadilov, Ye. Kyzyrkhan, L.G. Zhurerova // Bulletin of the East Kazakhstan State Technical University named after D. Serikbayev. – 2016. – № 3. – P. 117-121.Bobanova Zh.I. Wear-resistant galvanic coatings based on iron alloys / Zh.I. Bobanova, S.P. Sidelnikova, D.M. Kroitoru // Electronic Processing of Materials. – 2004. – № 1. – P. 18-24.Bobanova Zh.I. Wear-resistant galvanic coatings based on iron alloys / Zh.I. Bobanova, S.P. Sidelnikova, D.M. Kroitoru // Electronic Processing of Materials. – 2004. – № 1. – P. 18-24.Gadiyeva S.S. Application of finite difference methods for solving model heat and mass transfer equations / S.S. Gadiyeva, P.F. Gakhramanov // Bulletin of the Dagestan State University. Series 1: Natural Sciences. – 2017. – Vol. 32, № 4. – P. 38-46.Gadiyeva S.S. Application of finite difference methods for solving model heat and mass transfer equations / S.S. Gadiyeva, P.F. Gakhramanov // Bulletin of the Dagestan State University. Series 1: Natural Sciences. – 2017. – Vol. 32, № 4. – P. 38-46.Kobychev A.A. Study of the heat conduction equation using the finite difference method / A.A. Kobychev, V.A. Kobychev, N.N. Karavaeva. – 2010.Kobychev A.A. Study of the heat conduction equation using the finite difference method / A.A. Kobychev, V.A. Kobychev, N.N. Karavaeva. – 2010.Popov N.M. Investigation of an algorithm for solving the heat conduction differential equation using the finite difference method / N.M. Popov // Automation and Energy Saving in Mechanical Engineering, Energy, and Transport. – 2022. – P. 236-241.Popov N.M. Investigation of an algorithm for solving the heat conduction differential equation using the finite difference method / N.M. Popov // Automation and Energy Saving in Mechanical Engineering, Energy, and Transport. – 2022. – P. 236-241.Modification of the surface of 30KhGSA steel using electrolytic-plasma thermocyclic hardening / B.K. Rakhadilov et al // New Materials and Technologies: Powder Metallurgy, Composite Materials, Protective Coatings, Welding. – 2022. – P. 610-616.Modification of the surface of 30KhGSA steel using electrolytic-plasma thermocyclic hardening / B.K. Rakhadilov et al // New Materials and Technologies: Powder Metallurgy, Composite Materials, Protective Coatings, Welding. – 2022. – P. 610-616.

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