Mathematical modeling of the formation of composite hardening boride coverings of triple system Fe-B-FenB for agricultural machinery parts | Математическое моделирование процесса получения композиционных упрочняющих боридных покрытий тройной системы Fe-B-FenB для рабочих органов сельхозмашин

Russian. Проведены экспериментальные исследования процесса получения изолированных композиционных упрочняющих боридных покрытий тройной системы Fe-B-FenB при нагреве токами высокой частоты (ТВЧ) образцов из стали 65Г, предназначенных для повышения износостойкости рабочих органов сельхозмашин (ножи кормодробилок; лемеха культиваторов; стрельчатые лапы сеялок, дисковые и анкерные сошники почвообрабатывающих комплексов и др.). Покрытия были получены из обмазок на основе порошковых смесей, содержащих технический карбид бора B4C (5-20 мас.%) и плавленый боратный флюс для индукционной наплавки П-0,66. Математическое моделирование осуществлено построением и последующей оптимизацией экспериментальных уравнений регрессии основных факторов процесса: температуры ТВЧ-нагрева, продолжительности борирования и скорости ТВЧ-борироваия, с выбором в качестве целевых функций относительной износостойкости покрытий и их толщины. Оптимизация осуществлялась в два этапа методом полнофакторного эксперимента по ортогональным планам 32 и 23. Рабочая математическая модель плана 32, которая может служить для прогнозирования износостойкости и толщины реального боридного покрытия на рабочем органе сельхозмашины, выполненном из стали 65Г, с вероятностью 0,95 и доверительным интервалом ±5%, представляет собой систему полиномиальных уравнений 3-й степени. Графическое отображение поверхности отклика целевой функции толщины покрытия h, полученное по плану 23 для оптимальной температуры процесса 1100-1250 град. С в точке пинча, позволило определить, что изменение содержания флюса в интервале 10-14 мас. %, а продолжительности ТВЧ-нагрева – в интервале 90-120 с приводит к получению на стали композиционного упрочняющего боридного покрытия с гарантированной толщиной до 300 мкм.

English. An experimental study of the formation of isolated composite hardening boride coverings of triple system Fe-B-FenB was conducted with high-frequency heating of samples from 65Mn steel, intended to improve wear resistance of agricultural machinery parts (feed mill knives; tiller shares; sweeps of seeders, disk and hoe boots of tillers, etc.). The coverings were prepared from a powdered plaster mixtures containing technical boron carbide B4C (5-20 wt. %) and fused borate flux for induction-welding P-0.66 (in Russian). Mathematical modeling was performed by the construction and subsequent optimization of the experimental regression equations of the major factors of the process: temperature of high-frequency heating, the time and speed of high-frequency borating process; the relative wear resistance of coverings and their thickness were the criterion functions. The optimization was carried out in two stages by full factorial experiment in the orthogonal plans 32 and 23. The working mathematical model of plan 32, which may be used to predict the durability and thickness of real boride coating on a part of agricultural machinery made of steel 65Mn with a probability of 0.95 and confidence interval of ±5% is a system of polynomial equations in 3rd degree. A graphical representation of the response surface of the criterion function of covering thickness h received by the plan 23 for optimum process temperature 1100-1250 deg C in pinch-point allowed determining that the change in the flux content in the interval 10-14 wt. %, and the time of high-frequency heating from 90-120 s results in the formation of guaranteed boride covering with the thickness up to 300 microns on the steel.