kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2026-2(22)-64kaz44-2658Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПОДШИПНИКОВОЙ СТАЛИ ШХ15 МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННОЙ ЗАКАЛКИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ОБРАБОТКИIMPROVEMENT OF WEAR RESISTANCE OF BEARING STEEL SHKH15 BY PLASMA HARDENING UNDER DIFFERENT PROCESSING CONDITIONShttps://orcid.org/0009-0007-1698-957XБайжанД. Р.BaizhanD. R.

070002, Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148;

071412, г. Семей, ул. Глинки, 20А

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Shakarima 148;

071412, Semey, st. Glinka, 20A

https://orcid.org/0009-0009-4064-5368БердімуратовН. Е.BerdimuratovN. E.

070002, Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Shakarima 148

Nurhat130820@gmail.comРайсовН. С.RaisovN. S.

070002, Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Shakarima 148

2002raisov@gmail.comТлеубергеноваГ. Т.TleubergenovaG. T.

070002, Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Shakarima 148

gulh77848@gmail.comБимаханН. Т.BimakhanN. T.

070002, Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Shakarima 148

Сарсен Аманжолов Восточно-Казахстанский Университет; Шәкәрім университетКазахстанSarsen Amanzholov East Kazakhstan University; Shakarim UniversityKazakhstanСарсен Аманжолов Восточно-Казахстанский УниверситетКазахстанSarsen Amanzholov East Kazakhstan UniversityKazakhstan20262907202602(22)606613Copyright © Байжан Д.Р., Бердімуратов Н.Е., Райсов Н.С., Тлеубергенова Г.Т., Бимахан Н.Т., 20262026Байжан Д.Р., Бердімуратов Н.Е., Райсов Н.С., Тлеубергенова Г.Т., Бимахан Н.Т.Baizhan D.R., Berdimuratov N.E., Raisov N.S., Tleubergenova G.T., Bimakhan N.T.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/2658

В данной работе исследовано влияние плазменного упрочнения при различных условиях обработки на микроструктуру и трибологические свойства подшипниковой стали ШХ15. Показано, что плазменная обработка, основанная на локализованном высокоскоростном нагреве с последующей самозакалкой, обеспечивает формирование упрочнённого поверхностного слоя без применения жидких охлаждающих сред. Экспериментальные исследования проводились при варьировании тока плазменной дуги (120-140 А) и расхода плазмообразующего газа (0,2-0,25 л/мин). Полученные результаты показывают, что плазменная закалка приводит к формированию градиентной микроструктуры, состоящей из мартенсита, остаточного аустенита и перлита, с плавным переходом к исходной перлитной структуре. Максимальная микротвёрдость упрочнённого слоя достигает 700 HV при глубине до 250 мкм. Трибологические испытания по схеме «шарик-диск» показали, что после плазменной обработки коэффициент трения увеличивается, тогда как скорость износа снижается в 3-3,5 раза по сравнению с исходным состоянием. Полученные результаты свидетельствуют о значительном повышении износостойкости стали ШХ15 и подтверждают эффективность плазменного упрочнения как метода поверхностного упрочнения.

This study investigates the effect of plasma hardening under different processing conditions on the microstructure and tribological properties of bearing steel ShKh15. It is shown that plasma treatment, based on localized high-speed heating followed by self-quenching, enables the formation of a hardened surface layer without the use of liquid cooling media. Experimental studies were carried out by varying the plasma arc current (120-140 A) and the flow rate of the plasma-forming gas (0.2-0.25 L/min).The results demonstrate that plasma hardening leads to the formation of a gradient microstructure consisting of martensite, retained austenite, and pearlite, with a smooth transition to the initial pearlitic structure. The maximum microhardness of the hardened layer reaches up to 700 HV with a depth of up to 250 μm. Tribological tests using a ball-on-disk configuration showed that after plasma treatment, the coefficient of friction increases, while the wear rate decreases by 3-3.5 times compared to the initial state. The obtained results indicate a significant improvement in the wear resistance of ShKh15 steel and confirm the effectiveness of plasma hardening as a surface strengthening method.

плазменная закалкасталь ШХ15поверхностное упрочнениеизносостойкостьтрибологические свойстваplasma hardeningShKh15 steelsurface hardeningwear resistancetribological propertiesThis research was funded by the Science Committee of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan (Grant No. BR24992876).ReferencesSafonov E.N. Plasma hardening of machine parts / E.N. Safonov. – Moscow; Berlin: DirectMedia, 2014. – 165 p.Safonov E.N. Plasma hardening of machine parts / E.N. Safonov. – Moscow; Berlin: DirectMedia, 2014. – 165 p.Modification of the surface of 40Kh steel by electrolytic plasma hardening / Z. Sagdoldina et al // Metals. – 2022. – Vol. 12, № 12. – P. 2071.Modification of the surface of 40Kh steel by electrolytic plasma hardening / Z. Sagdoldina et al // Metals. – 2022. – Vol. 12, № 12. – P. 2071.Kuznetsov V.P. Friction surface hardening of steels using a rotating tool / V.P. Kuznetsov, V.V. Voropaev, A.S. Skorobogatov. – Ekaterinburg: Ural University Press, 2022. – 110 p.Kuznetsov V.P. Friction surface hardening of steels using a rotating tool / V.P. Kuznetsov, V.V. Voropaev, A.S. Skorobogatov. – Ekaterinburg: Ural University Press, 2022. – 110 p.Estimation of the influence of heat treatment modes using negative temperatures on the mechanical properties of ShKh15 steel / S.A. Zemlyakov et al // Part I: The influence of heat treatment modes on hardness, strength and toughness // Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia. – 2024. – Vol. 21, № 1. – P. 82-90.Estimation of the influence of heat treatment modes using negative temperatures on the mechanical properties of ShKh15 steel / S.A. Zemlyakov et al // Part I: The influence of heat treatment modes on hardness, strength and toughness // Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia. – 2024. – Vol. 21, № 1. – P. 82-90.Brover G.I. Surface hardening by concentrated energy flows / G.I. Brover, A.V. Brover. – Rostovon-Don: Don State Technical University, 2014.Brover G.I. Surface hardening by concentrated energy flows / G.I. Brover, A.V. Brover. – Rostovon-Don: Don State Technical University, 2014.Special steels / E.V. Bratkovsky et al. – Novotroitsk: NF NITU MISIS, 2013. – 87 p.Special steels / E.V. Bratkovsky et al. – Novotroitsk: NF NITU MISIS, 2013. – 87 p.Bochnowski W. The influence of arc plasma treatment on the structure and microhardness of 100Cr6 bearing steel // Archives of Foundry Engineering. – 2010. – Vol. 10. – P. 19-22.Bochnowski W. The influence of arc plasma treatment on the structure and microhardness of 100Cr6 bearing steel // Archives of Foundry Engineering. – 2010. – Vol. 10. – P. 19-22.Tribological behaviour of microindented 100Cr6 steel surfaces in dry contact conditions / P. Guglielmi et al // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2024. – Vol. 133. – № 5. – P. 2381-2400.Tribological behaviour of microindented 100Cr6 steel surfaces in dry contact conditions / P. Guglielmi et al // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2024. – Vol. 133. – № 5. – P. 2381-2400.ГОСТ 801-2022. Rolled products of bearing steel. Technical specifications. – Moscow: Russian Institute of Standardization, 2023. – 23 p.ГОСТ 801-2022. Rolled products of bearing steel. Technical specifications. – Moscow: Russian Institute of Standardization, 2023. – 23 p.Plasma immersion ion implantation of 100Cr6 ball bearing steel / C. Blawert et al // Surface and Coatings Technology. – 1996. – Vol. 83, № 1-3. – P. 228-234.Plasma immersion ion implantation of 100Cr6 ball bearing steel / C. Blawert et al // Surface and Coatings Technology. – 1996. – Vol. 83, № 1-3. – P. 228-234.Barrow A.T.W. The ε→η→θ transition in 100Cr6 and its effect on mechanical properties / A.T.W. Barrow, J.-H. Kang, P.E.J. Rivera-Díaz-del-Castillo // Acta Materialia. – 2012. – Vol. 60, № 6-7. – P. 2805-2815.Barrow A.T.W. The ε→η→θ transition in 100Cr6 and its effect on mechanical properties / A.T.W. Barrow, J.-H. Kang, P.E.J. Rivera-Díaz-del-Castillo // Acta Materialia. – 2012. – Vol. 60, № 6-7. – P. 2805-2815.Kang J.-H. Rolling contact fatigue in martensitic 100Cr6: Subsurface hardening and crack formation / J.-H. Kang, R.H. Vegter, P.E.J. Rivera-Díaz-del-Castillo // Materials Science and Engineering A. – 2014. – Vol. 607. – P. 328-333.Kang J.-H. Rolling contact fatigue in martensitic 100Cr6: Subsurface hardening and crack formation / J.-H. Kang, R.H. Vegter, P.E.J. Rivera-Díaz-del-Castillo // Materials Science and Engineering A. – 2014. – Vol. 607. – P. 328-333.Rapidly quenched materials and coatings: Proceedings of the 20th International Scientific and Technical Conference, October 17-18, 2023, MAI. – Moscow: Probel-2000, 2023. – 372 p.Rapidly quenched materials and coatings: Proceedings of the 20th International Scientific and Technical Conference, October 17-18, 2023, MAI. – Moscow: Probel-2000, 2023. – 372 p.The analysis of structure change and tribomechanical properties of alloyed steel surfaces modified by diffusion electrolyte-plasma boriding method / L.G. Sulyubayeva et al // Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. – 2025. – Vol. 1, № 117. – P. 68-76.The analysis of structure change and tribomechanical properties of alloyed steel surfaces modified by diffusion electrolyte-plasma boriding method / L.G. Sulyubayeva et al // Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. – 2025. – Vol. 1, № 117. – P. 68-76.Application of electrolyte based on sodium carbonate for electrolyte-plasma surface hardening of Steel 45 / B. Rakhadilov et al // Bulletin of Shakarim University. Technical Sciences Series. – 2024. – Vol. 3, № 15. – P. 414-424.Application of electrolyte based on sodium carbonate for electrolyte-plasma surface hardening of Steel 45 / B. Rakhadilov et al // Bulletin of Shakarim University. Technical Sciences Series. – 2024. – Vol. 3, № 15. – P. 414-424.

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