kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2026-2(22)-62kaz44-2716Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ ПОВЕРХНОСТИ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРЯМОГО ЗУБА ЗЕМЛЕРОЙНОГО КОВШАSTUDY OF THE INFLUENCE OF ELECTROLYTIC-PLASMA TREATMENT PARAMETERS ON THE SURFACE STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF THE STRAIGHT TOOTH OF AN EARTHMOVING BUCKEThttps://orcid.org/0009-0003-3136-0535БолатовС. Д.BolatovS. D.

Санжар Дауренулы Болатов – младший научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Инженерия поверхности и трибология»,

070002, Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148

Sanzhar Daurenuly Bolatov – junior researcher of Scientific Research Center «Surface Engineering and Tribology»,

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Shakarima, 148

sanzharbolatov94@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1924-1459СулюбаеваЛ. Г.SulyubayevaL. G.

Лайла Гылыммедденовна Сулюбаева – PhD, ассоциированный профессор, старший научный сотрудник научно-исследовательского центра «Инженерия поверхностей и трибология»,

070002, Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148

Laila Gylimmeddenovna Sulyubayeva – PhD, associate professor, Senior Researcher of Scientific Research Center «Surface Engineering and Tribology»,

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Shakarima, 148

lsulyubayeva@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0001-7644-4527АлибековаБ. А.AlibekovaB. A.

Балым Алибеккызы Алибекова – инженер Научно-исследовательского центра «Surface Engineering and Tribology»,

070002, Усть-Каменогорск, ул. Шакарима, 148

Balym Alibekkyzy Alibekova – engineer of Scientific Research Center «Surface Engineering and Tribology»,

070002, Ust-Kamenogorsk, st. Shakarima, 148

balymalibekova304@gmail.comСарсен Аманжолов Восточно-Казахстанский университетКазахстанSarsen Amanzholov East Kazakhstan UniversityKazakhstan20262907202602(22)583593Copyright © Болатов С.Д., Сулюбаева Л.Г., Алибекова Б.А., 20262026Болатов С.Д., Сулюбаева Л.Г., Алибекова Б.А.Bolatov S.D., Sulyubayeva L.G., Alibekova B.A.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/2716

В данном исследовании рассматривается эффективность электролитно-плазменной обработки в повышении износостойкости зубьев ковша марки 30CrMnSi, используемых в погрузчиках, работающих в условиях сильного абразива. Образцы подвергались различным методам обработки, включая электролитически-плазменную закалку, азотирование, цементацию, азотноуглеродное насыщение и процессы закалки. Для всестороннего описания структуры, фазового состава и механических свойств образцов было использовано несколько методов анализа: сканирующая электронная микроскопия, спектроскопия энергодисперсии, рентгеноструктурный анализ и микротвердостные измерения. Трибологические свойства материалов оценивали с помощью трибометра TRB3, а испытания на абразивный износ проводились в соответствии со стандартом ГОСТ 23.208-79. Результаты показали, что при электролитически-плазменной обработке образуются диффузионные слои толщиной 15-25 мкм. Этот процесс сопровождается образованием карбидной, нитридной и карбонитридной фаз (Fe₄C, Fe₇C₃, Fe₄N, Fe₂N и Fe₃(CN)). Указанная обработка значительно увеличивает твердость поверхности (до 810 HV) и улучшает износостойкость. Результаты исследования показали, что электролитически-плазменное азотирование обеспечивает оптимальный баланс твердости и вязкости, в результате чего снижается коэффициент трения и повышается износостойкость абразива. Разработка этой технологии позволит продлить срок службы деталей землеройного и горнодобывающего оборудования, снизить затраты на техническое обслуживание и время простоя оборудования.

This study examines how electrolytic plasma treatment can improve the wear resistance of 30CrMnSi bucket teeth used in loaders operating under severe abrasive conditions. Samples were subjected to various processing methods, including electrolytic plasma hardening, nitriding, carburizing, nitrocarburizing hardening, and quenching. Multiple analytical techniques, including scanning electron microscopy energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, and microhardness testing, were used to comprehensively characterize the structure, phases, and mechanical properties of the samples. The tribological properties of the materials were evaluated using a TRB3 tribometer, and abrasive wear testing was conducted according to GOST 23.208–79. The results show that electrolytic plasma treatment results in the formation of diffusion layers with a thickness of 15 to 25 μm. This process is accompanied by the formation of carbide, nitride, and carbonitride phases (Fe₄C, Fe₇C₃, Fe₄N, Fe₂N, and Fe₃(CN)). This process significantly increases surface hardness (up to 810 HV) and improves wear resistance. The study also showed that electrolytic plasma nitriding provides an optimal balance between hardness and toughness, resulting in low friction and increased resistance to abrasive wear. The development of this technology can extend the service life of earthmoving and mining equipment components, reducing maintenance costs and downtime.

ковшовые зубьяхимико-термическая обработкаэлектроразрядная поверхностная химико-термическая обработкаабразивный износмикротвердостьbucket teethchemical-thermal treatmentelectric discharge surface chemi-cal-thermal treatmentabrasive wearmicrohardnessThis research has been funded by the Committee of Science Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan (Grant № BR24992879).ReferencesFlorea V.A. Efficiency of Maintenance Activities in Aggregate Quarries: A Case Study of Wear Parts on Loaders and Excavators / V.A. Florea, M. Toderaș // Applied Sciences. – 2024. – № 14(17). – Р. 7649.Florea V.A. Efficiency of Maintenance Activities in Aggregate Quarries: A Case Study of Wear Parts on Loaders and Excavators / V.A. Florea, M. Toderaș // Applied Sciences. – 2024. – № 14(17). – Р. 7649.Singla S. Enhancing wear resistance of low alloy steel applicable on excavator bucket teeth via hardfacing / S. Singla, A.S. Kang, J.S. Grewal // Asian Review of Mechanical Engineering. – 2012. – № 1(2). – Р. 51-54.Singla S. Enhancing wear resistance of low alloy steel applicable on excavator bucket teeth via hardfacing / S. Singla, A.S. Kang, J.S. Grewal // Asian Review of Mechanical Engineering. – 2012. – № 1(2). – Р. 51-54.A Review on Wear-Resistant Coating with High Hardness and High Toughness on the Surface of Titanium Alloy / H. Bai et al // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – № 882. – Р. 160645.A Review on Wear-Resistant Coating with High Hardness and High Toughness on the Surface of Titanium Alloy / H. Bai et al // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – № 882. – Р. 160645.Effect of Thermal, Chemical and Thermo-Chemical Pre-Treatments to Enhance Methane Production / R. Rafique et al // Energy. – 2010. – № 35. – Р. 4556-4561.Effect of Thermal, Chemical and Thermo-Chemical Pre-Treatments to Enhance Methane Production / R. Rafique et al // Energy. – 2010. – № 35. – Р. 4556-4561.Electrolytic Plasma Processing for Cleaning and Metal- Coating of Steel Surfaces / E.I. Meletis et al // JC Surface and Coatings Technology. – 2002. – № 150. – Р. 246-256.Electrolytic Plasma Processing for Cleaning and Metal- Coating of Steel Surfaces / E.I. Meletis et al // JC Surface and Coatings Technology. – 2002. – № 150. – Р. 246-256.Investigation on the Effect of Technological Parameters of Electrolyte-Plasma Cementation Method on Phase Structure and Mechanical Properties of Structural Steel 20Kh / B. Rakhadilov et al // AIMSMATES. – 2023. – № 10. – Р. 934-947. https://doi.org/10.3934/matersci.2023050.Investigation on the Effect of Technological Parameters of Electrolyte-Plasma Cementation Method on Phase Structure and Mechanical Properties of Structural Steel 20Kh / B. Rakhadilov et al // AIMSMATES. – 2023. – № 10. – Р. 934-947. https://doi.org/10.3934/matersci.2023050.Duplex Surface Treatments Combining Plasma Electrolytic Nitrocarburizing and Plasma Immersion Ion-Assisted Deposition / AL. Yerokhin et al // Surface and Coatings Technology. – 2001. – № 142-144. – Р. 1129-1136.Duplex Surface Treatments Combining Plasma Electrolytic Nitrocarburizing and Plasma Immersion Ion-Assisted Deposition / AL. Yerokhin et al // Surface and Coatings Technology. – 2001. – № 142-144. – Р. 1129-1136.Electrolytic Plasma Nitriding of Medium-Carbon Steel 45 for Performance Enhancement / Z. Satbayeva et al // Crystals. – 2024. – № 14.Electrolytic Plasma Nitriding of Medium-Carbon Steel 45 for Performance Enhancement / Z. Satbayeva et al // Crystals. – 2024. – № 14.Improving Wear Resistance by Electrolyte-Plasma Hardening of Corrosion-Resistant Steel of the Tip / K. Kombaev et al // J Appl Eng Science. – 2023. – № 21. – Р. 810-819.Improving Wear Resistance by Electrolyte-Plasma Hardening of Corrosion-Resistant Steel of the Tip / K. Kombaev et al // J Appl Eng Science. – 2023. – № 21. – Р. 810-819.MAR Analysis of AISI Material Power of AISI 4140 Bucket Teeth Excavator Using Influence of Abrasive Wear. / S.H. Suryo et al // Surakarta, Indonesia. – 2018. – Р. 030022.MAR Analysis of AISI Material Power of AISI 4140 Bucket Teeth Excavator Using Influence of Abrasive Wear. / S.H. Suryo et al // Surakarta, Indonesia. – 2018. – Р. 030022.Richhariya V. Surface Modification of AISI 1020 Mild Steel by Electrical Discharge Coating with Tungsten and Copper Mixed Powder Green Compact Electrodes.Richhariya V. Surface Modification of AISI 1020 Mild Steel by Electrical Discharge Coating with Tungsten and Copper Mixed Powder Green Compact Electrodes.Electrolytic Plasma Treatment of the Surface of a Part Produced with the Use of Additive Technology / Metal Science and Heat Treatment Available online: https://link.springer.com/article/10.1007/s11041-018-0250-1 (accessed on 15 October 2025).Electrolytic Plasma Treatment of the Surface of a Part Produced with the Use of Additive Technology / Metal Science and Heat Treatment Available online: https://link.springer.com/article/10.1007/s11041-018-0250-1 (accessed on 15 October 2025).Electrolyte-Plasma Product Treatment / LI. Akhmadullina et al // J. Phys.: Conf. Ser. – 2020. – № 1588. – Р. 012012, https://doi.org/10.1088/1742-6596/1588/1/012012.Electrolyte-Plasma Product Treatment / LI. Akhmadullina et al // J. Phys.: Conf. Ser. – 2020. – № 1588. – Р. 012012, https://doi.org/10.1088/1742-6596/1588/1/012012.Duradji A.Y. National University of Science and Technology «MISIS» (MISIS), Moscow, Russia Aluminum Treatment in the Electrolytic Plasma During the Anodic Process / A.Y. Duradji // JESTR. – 2017. – № 10. – Р. 81-84. https://doi.org/10.25103/jestr.103.11.Duradji A.Y. National University of Science and Technology «MISIS» (MISIS), Moscow, Russia Aluminum Treatment in the Electrolytic Plasma During the Anodic Process / A.Y. Duradji // JESTR. – 2017. – № 10. – Р. 81-84. https://doi.org/10.25103/jestr.103.11.Kashapov RN. Research of Plasma-Electrolyte Discharge in the Processes of Obtaining Metallic Powders / RN. Kashapov, LN. Kashapov, NF Kashapov,// J. Phys.: Conf. Ser. – 2017. – № 927. – Р. 012086, https://doi.org/10.1088/1742-6596/927/1/012086.Kashapov RN. Research of Plasma-Electrolyte Discharge in the Processes of Obtaining Metallic Powders / RN. Kashapov, LN. Kashapov, NF Kashapov,// J. Phys.: Conf. Ser. – 2017. – № 927. – Р. 012086, https://doi.org/10.1088/1742-6596/927/1/012086.

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