INCREASING THE OPERATIONAL STABILITY OF WORKING PARTS OF SOIL CULTIVATION EQUIPMENT BY ELECTROSLACK SURFACE COATING WITH COMPLEX MODIFICATION OF THE COATING COVERINGS
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.4.1.36Keywords:
electroslag surfacing, current-carrying crystalliser, powder wires, modifying additives, chromium carbides, niobium carbide, aluminium oxide, microstructure, microhardness, abrasive wear, working parts of soil cultivation machines, economic efficiencyAbstract
The article discusses a comprehensive approach to improving the operational stability of working parts of soil cultivation equipment operating under conditions of intense abrasive and impact-abrasive wear. The object of study is plough blades and cultivator arrow-shaped tines, restored by electroslag surfacing in a current-fed crystalliser with the formation of thick surfaced layers and the use of powder wires, the mixture of which contains complex modifying additives based on chromium carbides, niobium carbide and aluminium oxide. The study is structured as a closed loop ‘structure – microhardness – wear resistance – service life – economics, which allows tracing the entire chain of transformations from the micro level to practical technical and economic results. The design and principle of operation of the current- conducting crystalliser are described, a technological diagram of the electroslag surfacing process of working parts is presented, and the choice of the thickness of the surfaced layers is justified, taking into account the conditions of their operation in the soil. Based on structural, electron microscopic and optical-mathematical studies, it has been shown that the use of complex- modified powder wires provides a transition from a coarse-grained martensitic matrix with local clusters of coarse carbides to a fine-grained structure with a uniformly developed dispersed carbide framework. According to the hardness and microhardness distribution maps, it has been established that complex modification with Cr carbides, NbC and Al₂O₃ increases the hardness of the surface zones by 15–20 % compared to unmodified coatings, while the hardness gradient across the layer thickness decreases, indicating better deformation compatibility of the coating with the base metal. The results of laboratory tests for sliding abrasive wear are summarised in the form of a ‘hardness-wear resistance’ diagram, which shows an increase in the relative wear resistance of complex-modified coatings by 2.2–3.1 times compared to the base deposited metal. Field tests of refurbished ploughshares and cultivator tines in heavy, stony soils showed an average increase in their service life of 35–40%, and for optimal powder wire compositions – up to 85–100% compared to new serial parts without restoration. A technical and economic assessment showed that it is possible to reduce the total costs of repair and maintenance of soil cultivation equipment by almost 40% by reducing the number of replacements of working parts, reducing machine downtime and making more rational use of metal resources. It has been shown that the developed technology of electroslag surfacing with complex modification has significant resource-saving potential and can be adapted to the restoration of other parts that operate under conditions of intense abrasive and impact-abrasive wear.
References
Черновол М. І., Лопата Т. В. Умови експлуатації та основні причини виходу з ладу ріжучих елементів робочих органів сільськогосподарських машин [Електронний ресурс]. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2011. Вип. 24, ч. II. С. 17–22. Режим доступу: https://dspace.kntu.kr.ua/…
Мікосянчик О. О., Шамрай В. Б., Лопата Л. А., Голембієвський Г. Г., Горб Є. С. Композиційні матеріали для зносостійких покриттів деталей сільськогосподарських машин. Проблеми тертя та зношування. 2023. № 1(98). С. 4–10. DOI: 10.18372/0370-2197.1(98).17356.
Ставинський А., Вахоніна Л., Мартиненко В., Мардзявко В., Руденко А. Використання поверхневого зміцнення для підвищення зносостійкості робочих органів сільськогосподарських машин. Біосистеми і аграрні технології. 2024. Т. 28, № 2. С. 21–32. DOI: 10.56407/bs.agrarian/2.2024.21.
Czupryński A. Microstructure and Abrasive Wear Resistance of Metal Matrix Composite Coatings Deposited on Steel Grade AISI 4715 by Powder Plasma Transferred Arc Welding. Part 1. Mechanical and Structural Properties of a Cobalt-Based Alloy Surface Layer Reinforced with Particles of Titanium Carbide and Synthetic Metal–Diamond Composite. Materials. 2021. Vol. 14, № 9. P. 2382.
Падалка В. В., Каркач О. С. Аналіз технологій поверхневого зміцнення робочих органів сільсько- господарських машин. Технологічний аудит та резерви виробництва. 2012. № 2/1(4). С. 28–30. DOI: 10.15587/2312-8372.2012.4881.
Савченко В. М., Борак К. В., Голощук В. О., Гордієнко В. С. Зносостійкі покриття для машин, що працюють в абразивному середовищі. Технічний сервіс агропромислового, лісового та транспортного комплексів. 2020. № 3. С. 45–50.
Кусков Ю. М., Рябцев І. О. Електрошлакове наплавлення. Матеріали, технології, обладнання. Київ: Інтерсервіс, 2022. 284 с.
Скворцов О. В. Дослідження структури та трибологічних властивостей композиційного покриття на основі нанокристалічного хрому. Вісник Вінницького політехнічного інституту. 2023. № 2. С. 45–50.
Aramide B., Pityana S., Sadiku R., Jamiru T., Popoola P. Improving the durability of tillage tools through surface modification – a review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 116(1). P. 83–98. DOI: 10.1007/s00170-021-07487-4.
Aswad M. F., Mohammed A. J., Faraj S. R. Induction surface hardening: A review. Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1973. Article No. 012087. DOI: 10.1088/1742-6596/1973/1/012087.
Сайчук О. В., Рибалко І. М., Захаров А. В. Електрошлакове наплавлення на постійному струмі в струмопідвідному кристалізаторі електродом великого перерізу. Науковий збірник «InterConf». 2022. № 127. С. 229–237.
Kuskov Yu. M., Gordan G. N., Bogajchuk I. L. [et al.] Electroslag surfacing using discrete materials of different methods of manufacture. The Paton Welding Journal. 2015. № 5–6. P. 30–33. DOI: 10.15407/tpwj2015.06.06.
Гориславець Ю. М., Бондар О. І., Проскудін В. М., Кусков Ю. М., Римар С. В., Нетяга А. В. Моделювання електромагнітних процесів в секційному кристалізаторі для електрошлакового наплавлення металу. Технічна електродинаміка. 2022. № 4. С. 64. DOI: 10.15407/techned2022.04.064.
Кусков Ю. М., Проскудін В. М., Нетяга А. В. Модернізація печей ЕШП в установки для ЕШН прокат- них валків у струмопідвідному кристалізаторі. Сучасна електрометалургія. 2021. № 3. С. 4–9. DOI: 10.37434/ sem2021.03.02.
Скобло Т. С., Рибалко І. М., Захаров А. В. Аналіз електрошлакового наплавлення металу з малою товщиною відновлювально-зміцнювального робочого шару деталі. Промисловість у фокусі. 2021. № 10. С. 54–56.
Рибалко І. М., Захаров А. В., Сайчук О. В., Коротій В. О. Дослідження причин проплавлення основного металу при електрошлаковому наплавленні і методи його регулювання. Вісник ХНТУ. 2023. № 4(87). DOI: 10.35546/kntu2078-4481.2023.4.15.
Dilthey U., Woeste K., Aretov I. Modification of the electroslag remelting process to weld surfacing. Welding and Cutting. 2006. № 4. P. 215–220.
Galazzi G., Rigdal S., Kubenka M. Practical application of ESAB strip cladding technology. Svetsaren. 2007. № 1. P. 17–22.
Захаров А.В., Рибалко І.М., Тіхонов О.В. Переваги використання технології електрошлакового наплавлення для відновлення деталей ґрунтообробної техніки: лемешів і культиваторних лап. Вісник Львівського торговельно-економічного університету. Технічні науки. 2024. Вип. 40. С. 5–12. DOI: 10.32782/2522-1221-2024-40-01.
Захаров А.В., Рибалко І.М., Тіхонов О.В. Зносостійкість та ресурс відновлених і зміцнених електрошлаковим наплавленням лемішів і культиваторних стрілчастих лап. Збірник наукових праць Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова. 2024. № 4(497). С. 20–27. DOI: 10.15589/znp2024.4(497).4.
Захаров А.В. Прогнозування зносостійкості робочих органів ґрунтообробної техніки під час їх відновлення методом електрошлакового наплавлення. Вісник Херсонського національного технічного університету. 2024. № 4(91). С. 24–32. DOI: 10.35546/kntu2078-4481.2024.4.3.
Захаров А. В. Застосування модифікуючих присадок та їх введення у відновлювальні покриття для підвищення експлуатаційної стійкості : дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії : 132 «Матеріалознавство» / Захаров Андрій Вадимович. – Харків : Державний біотехнологічний університет, 2025. – 276 с.
Рибалко І. М., Тіхонов О. В., Захаров А. В., Гончаренко О. О. Модифікування реноваційних покриттів для підвищення зносостійкості культиваторних лап. Вісник Херсонського національного технічного університету. Інженерні науки. 2022. № 4(83). С. 37–42.







