ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЙ ЗАКАЛКЕ

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.

1. 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.

2. Zinoviev V.E. Thermophysical properties of metals at high temperatures / V.E. Zinoviev // Handbook. – Metallurgy, 1989.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Kusainov R.K. et al. Application of electrolytic-plasma hardening to improve the properties of machine parts made of steel 45.

8. Chepachenko Yu.I. Finite difference method for solving the heat conduction equation. – 2012.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Kobychev A.A. Study of the heat conduction equation using the finite difference method / A.A. Kobychev, V.A. Kobychev, N.N. Karavaeva. – 2010.

15. 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.

16. 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.