sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2021-18-2-180-190sibadi-1258Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGАнализ влияния термоциклической обработки сталей 09г2с и 30mnb5 на прочностные характеристики рабочих органов дорожно-строительных машинInflutnce analysis of 09Г2С and 30MnB5 steels thermo cyclic treatment on strength characteristics of road construction machines working bodieshttps://orcid.org/0000-0002-2454-7751ЩербаковА. П.ScherbakovA. P.

Щербаков Александр Павлович – аспирант, Scopus Author ID 57212375284, Researcher ID AAP-8095-2020, ассистент кафедры судебных экспертиз.

190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4; тел. +79675912967

Alexander P. Scherbakov (Saint-Petersburg) – Postgraduate Student, Scopus author ID 57212375284, Researcher ID AAP-8095-2020, Postgraduate of the Forensics Department.

190005, Saint-Petersburg, 4 Vtoraia Krasnoarmeiskaia st., phone +79675912967

shurbakov.aleksandr@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5546-015XПушкаревА. Е.PushkarevA. E.

Пушкарев Александр Евгеньевич – д-р техн. наук, Scopus Author ID8290951800, Researcher ID E-4532-2019, проф. кафедры наземных транспортно-технологических машин.

190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4

Alexandr E. Pushkarev (Saint-Petersburg) – Dr. of Sci., ScopusAuthor ID8290951800, Researcher ID E-4532-2019, Professor of the Technological Machines Department.

190005, Saint-Petersburg, 4 Vtoraia Krasnoarmeiskaia st.

pushkarev-agn@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8475-7155ВиноградоваТ. В.VinogradovaT. V.

Виноградова Тамара Владимировна – канд. техн. наук, доц. кафедры наземных транспортно-технологических машин.

190005, г. Санкт-Петербург,2-я Красноармейская ул., 4

Tamara V. Vinogradova (Saint-Petersburg) – Cand. of Sci., Associate Professor of the Technological Machines Department.

190005, Saint-Petersburg, 4 Vtoraia Krasnoarmeiskaia st.

tvin-205@yandex.ruФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»РоссияFederal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Saint Petersburg State University of Architecture and Civil EngineeringRussian Federation202120052021182180190Copyright © Щербаков А.П., Пушкарев А.Е., Виноградова Т.В., 20212021Щербаков А.П., Пушкарев А.Е., Виноградова Т.В.Scherbakov A.P., Pushkarev A.E., Vinogradova T.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1258Введение

Введение. Рассматриваются пути повышения надежности эксплуатации дорожно-строительных машин. По итогам этого рассмотрения предлагается вариант замены используемой стали 09Г2С борсодержащей сталью 30MnB5. На примере ножа автогрейдера анализируются силовые воздействия на данный рабочий орган дорожно-строительных машин. С целью повышения уровня физико-механических характеристик сталей 09Г2С и 30MnB5 дополнительно проводится их термоциклическая обработка. Описываются экспериментальные исследования влияния данного вида термического воздействия на структуру и свойства сталей. Сравнительный анализ полученных характеристик позволяет сделать заключение о возможности рассматриваемой замены.

Материалы и методы

Материалы и методы. С помощью металлографического анализа авторами было исследовано влияние количества циклов термических воздействий на размер зерна стали. Параллельно определен комплекс физико-механических характеристик данных сталей на различных этапах термоциклической обработки.

Результаты

Результаты. Было определено, что повышения уровня физико-механических характеристик исследуемых сталей можно добиться применением термоциклической обработки. Это достигается за счет получения мелкозернистой структуры металла, имеющей более высокую прочность. Рассмотрены зависимости предела прочности и предела текучести исследуемых сталей от числа циклов термического воздействия. Подобраны корреляционные соотношения для описания этих зависимостей. Рассмотрена связь пределов текучести и прочности сталей 09Г2С и 30MnB5 с размером зерна. Все исследованные зависимости представлены в графическом виде.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. На основе сравнительного анализа комплекса физико-механических характеристик авторами сделано заключение о возможности замены стали 09Г2С на сталь 30MnB5.

Introduction

Introduction. The ways of increasing the reliability of road construction machinery operation are considered. As a result, an option is proposed to replace the used 09Г2С steel with 30MnB5 boron steel. Using the example of a motor grader blade, the force effects on this working body of the road construction machinery are analyzed. In order to increase the level of physical and mechanical characteristics of 09Г2С and 30MnB5 steels, they are additionally exposed to thermo cyclic treatment. The experimental studies about the influence of this type thermal action on the structure and properties of steels are described. The comparative analysis of the obtained characteristics allows making a conclusion about the possibility of the considered replacement.

Materials and methods

Materials and methods. Through the metallographic analysis the influence of the number of thermal effects cycles on the grain size of steel is investigated. Alongside a set of physical and mechanical characteristics of these steels was determined at various stages of the thermo cyclic treatment.

Results

Results. It was determined that an increasing the level of physical and mechanical characteristics of the studied steels is possible through the use of thermo cyclic treatment. This is achieved by producing a fine-grained metal structure with a higher strength. The dependence of the tensile strength and yield strength of the steels under investigation on the number of cycles of thermal action is considered. Some correlation relationships were selected to describe these dependencies. The relationship between the yield stress and ultimate strength of 09Г2С and 30MnB5 steels and the grain size is considered. All investigated dependencies are presented in graphical form.

Discussion and conclusion. Based on a comparative analysis of the complex of physical and mechanical characteristics, the conclusion about the possibility of replacing 09Г2С steel with 30MnB5 steel was made.

металлографический анализразмер зернатермоциклическая обработкафизико-механические характеристикизамена сталиmetallographic analysisgrain sizethermo cyclic treatmentphysical and mechanical characteristicssteel replacementReferencesЩербаков А.П., Пушкарев А.Е., Манвелова Н.Е. Рабочие механизмы строительных машин и способы технологического обеспечения прочности сварных соединений из высокопрочных сталей // Недвижимость: экономика, управление. 2020. № 1. С. 63–68.Scherbakov A.P., Pushkarev A.E., Manvelova N.E. Rabochie mekhanizmy stroitel’nyh mashin i sposoby tekhnologicheskogo obespecheniya prochnosti svarnyh soedinenij iz vysokoprochnyh stalej [Working mechanisms of construction machines and methods of technological ensuring the strength of welded joints made of high-strength steels]. Nedvizhimost’: ekonomika, upravlenie – Real estate: Economics, management, 2020, 1: 63–68. (In Russian)Мухаметшина Р.М. Отказы дорожно-строительных машин по параметрам коррозии // Известия КазГАСУ. 2013. № 4 (26). С. 62–67.Mukhametshina R.M. Otkazy dorozhno-stroitel’nyh mashin po parametram korrozii [Failures of road construction machines in terms of corrosion parameters]. Izvestiya KazGASU. – News of the University, 2013, no. 4 (26): 62–67. (In Russian)Щербаков А.П. Выбор материала и метода повышения износостойкости элементов строительных машин // Вестник СибАДИ. 2020. № 17 (4). С. 464–475. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020- 17-4-464-475. 4. Щербаков А.П. Экспериментальные исследования влияния термической обработки на свойства сварных соединений рабочих механизмов дорожно-строительных машин // Вестник СибАДИ. 2020. №17(6). С. 664-675. https://doi.org/10.26518/2071- 7296-2020-17-6-665-675.Scherbakov A.P. Vybor materiala i metoda povysheniya iznosostojkosti elementov stroitel’nyh mashin [Material and method selection for increasing the wear resistance of construction machines components] // The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2020. № 17 (4). https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-4-464-475. (In Russian)Гордиенко В.Е., Трунова Е.В., Абросимова А.А., Шананина Н.В. Пассивный феррозондовый контроль длительно эксплуатируемых сварных металлоконструкций с коррозионными повреждениями // Вестник гражданских инженеров. 2016. № 3 (56). С. 193–197.Scherbakov A.P. Eksperimental’nye issledovaniya vliyaniya termicheskoj obrabotki na svojstva svarnyh soedinenij rabochih mekhanizmov dorozhno- stroitel’nyh mashin // The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2020;17(6):664-675. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-17-6-665-675. (In Russian)I. Polyansky, I. Sizov, U. Mishigdorzhiyn, V. Butukhanov. Improvement of the heat resistance of carbon steels by thermocycling thermochemical treatment with self-protective pastes based on boron carbide and aluminum // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 116: 1-5.Gordienko V.E., Trunova E.V., Abrosimova A.A., Shananina N.V. Passivnyy ferrozondovyy kontrol’dlitel’no ehkspluatiruemykh svanykh metallokonstruktsiy s korrozionnymi povrezhdeniyami [Passive ferrosonde monitoring of long-term operation of welded metal structures with corrosion damage]. Vesnik grazhdanskikh inzhenerov – Bulletin of Civil Engineers, 2016, no. 3 (56): 193–197. (In Russian)Гордиенко В.Е., Абросимова А.А., Трунова Е.В., Щербаков А.П. К выбору конструкционных сталей для изготовления сварных металлических конструкций строительных машин // Вестник гражданских инженеров. 2017. № 6 (65). С. 233–238.Polyansky, I. Sizov, U. Mishigdorzhiyn, V. Butukhanov. Improvement of the heat resistance of carbon steels by thermocycling thermochemical treatment with self-protective pastes based on boron carbide and aluminum // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 116: 1-5.Floreen S., Hayden H.W. The deformation and fracture of stainlees steels having microduplex structures (Deformation characteristics and fracture strength of Cr-Ni stainless steels with fine scale twophase ferrite plus austenite microstructures) // ASM Transactions Quarterly. 1968. 61: 489–499.Gordienko V.E., Abrosimova A.A., Trunova E.V., Scherbakov A.P. K vyboru konstrukcionnyh stalej dlya izgotovleniya svarnyh metallicheskih konstrukcij stroitel’nyh mashin [To the choice of structural steels for the manufacture of welded metal structures of construction machines]. Vesnik grazhdanskikh inzhenerov – Bulletin of Civil Engineers, 2017, no. 6 (65): 233–238. (In Russian)Березина А.А. Некоторые особенности оценки структурной и механической неоднородности сварных соединений металлических конструкций строительных машин // Вестник гражданских инженеров. 2015. № 4 (51). С. 123–127.Floreen S., Hayden H.W. The deformation and fracture of stainlees steels having microduplex structures (Deformation characteristics and fracture strength of Cr-Ni stainless steels with fine scale two phase ferrite plus austenite microstructures). ASM Transactions Quarterly, 1968, vol. 61:489–499.Мыльников В.В. Влияние частоты нагружения на усталость конструкционных материалов // Наука и техника. 2019. № 5. С. 52–55.Berezina A.A. Nekotorye osobennosti ocenki strukturnoj i mekhanicheskoj neodnorodnosti svarnyh soedinenij metallicheskih konstrukcij stroitel’nyh mashin [Some features of evaluation of structural and mechanical heterogeneity of welded joints of metal structures of construction machines]. Vesnik grazhdanskikh inzhenerov – Bulletin of Civil Engineers, 2015, no. 4 (51): 123–127. (In Russian)Прохоров В.Ю., Быков В.В. Пути повышения долговечности и износостойкости подшипника скольжения навесного технологического оборудования // НиКа. 2017. № 1. С. 71–74.Mylnikov V.V. Vliyanie chastoty nagruzheniya na ustalost’ konstrukcionnyh materialov [Influence of loading frequency on fatigue of structural materials]. Nauka i tekhnika – Science and Engineering, 2019, 5: 52–55. (In Russian)Гордиенко В.Е., Абросимова А.А., Трунова Е.В. Влияние термоциклической обработки на структурные изменения пластически деформированных сварных соединений металлических конструкций строительных машин // Вестник гражданских инженеров. 2016. № 2 (55). С. 174–180.Prokhorov V.Yu., Bykov V.V. Puti povysheniya dolgovechnosti i iznosostojkosti podshipnika skol’zheniya navesnogo tekhnologicheskogo oborudovaniya [Ways to increase the durability and wear resistance of the sliding bearing of mounted technological equipment]. NiKa, 2017, 1: 71–74. (In Russian)Безлюдько Г.Я., Мужицкий В.Ф., Попов Б.Е. Магнитный контроль (по коэрцитивной силе) НДС и остаточного ресурса стальных МК // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1999. № 9. Т. 65. С. 53–57.Gordienko V.E., Abrosimova A.A., Trunova E.V. Vliyanie termociklicheskoj obrabotki na strukturnye izmeneniya plasticheski deformirovannyh svarnyh soedinenij metallicheskih konstrukcij stroitel’nyh mashin [Influence of thermocyclic processing on structural changes of plastically deformed welded joints of metal structures of construction machines]. Vesnik grazhdanskikh inzhenerov – Bulletin of Civil Engineers, 2016, 2 (55): 174–180. (In Russian)Гордиенко В.Е., Абросимова А.А., Кузьмин О.В., Трунова Е.В., Щербаков А.П. Влияние термической и термоциклической обработки на механические свойства конструкционных сталей // Вестник гражданских инженеров. 2018. №1 (66). С. 128–133.Bezlyudko G.Ya., Muzhitskiy V.F., Popov B.E. Magnitnyj kontrol’ (po koercitivnoj sile) NDS i ostatochnogo resursa stal’nyh MK [Magnetic control (by coercive force) VAT and residual resource of steel MK]. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov – Factory laboratory. Diagnostics of materials. 1999, 9 (65): 53–57. (In Russian)Зайцев А.И. Перспективные направления развития металлургии и материаловедения стали // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2019. Т. 75. № 4. С. 417–426.Gordienko V.E., Abrosimova A.A., Kuz’min O.V., Trunova E.V., Scherbakov A.P. Vliyanie termicheskoj i termociklicheskoj obrabotki na mekhanicheskie svojstva konstrukcionnyh stalej [Influence of thermal and thermocyclic treatment on the mechanical properties of structural steels]. Vesnik grazhdanskikh inzhenerov – Bulletin of Civil Engineers, 2018, no.1 (66):128–133. (In Russian)Гордиенко В.Е., Абросимова А.А., Трунова Е.В., Корнеева Е.А., Щербаков А.П. Влияние структурных параметров конструкционных сталей на результаты оценки напряженно-деформированного состояния сварных металлоконструкций // Вестник гражданских инженеров. 2016. № 6 (59). С. 194–199.Zajtsev A.I. Perspektivnye napravleniya razvitiya metallurgii i materialovedeniya stali [Promising areas of development of metallurgy and materials science of steel]. Chernaya metallurgiya. Byulleten’ nauchno-tekhnicheskoj i ekonomicheskoj informacii. – Journal of Iron and Steel. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information, 2019, 75(4): 417–426. (In Russian)Morrison W.B. Superplasticity of low-alloy steels // ASM Transactions Quarterly. 1968. Vol. 61. № 3. Pр. 423–434.Gordienko V.E., Abrosimova A.A., Trunova E.V., Korneeva E.A., Scherbakov A.P. Vliyanie strukturnyh parametrov konstrukcionnyh stalej na rezul’taty ocenki napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya svarnyh metallokonstrukcij [Influence of structural parameters of structural steels on the results of stress-strain state assessment of welded metal structures]. Vesnik grazhdanskikh inzhenerov – Bulletin of Civil Engineers, 2016, 6 (59): 194–199. (In Russian)Ведяков И.И., Одесский П.Д. Современные отечественные стандарты и вопросы расширения применения металлических конструкций в строительстве // Вестник НИЦ «Строительство». 2019. № 3 (22). С. 42–53.Morrison W. B. Superplasticity of low-alloy steels // ASM Transactions Quarterly, 1968, 61(3): 423–434.Гордиенко В.Е., Абросимова А.А., Трунова Е.В. Влияние термоциклической обработки на структурные изменения пластически деформированных сварных соединений металлических конструкций строительных машин // Вестник гражданских инженеров. 2016. № 2 (55). С. 174–180.Vedyakov I.I., Odesskij P.D. Sovremennye otechestvennye standarty i voprosy rasshireniya primeneniya metallicheskih konstrukcij v stroitel’stve [Modern domestic standards and issues of expanding the use of metal structures in construction]. Vestnik NIC “Stroitel’stvo” – Bulletin of SIC “Construction”, 2019, 3 (22): 42–53. (In Russian)Ведяков И.И., Одесский П.Д., Гуров С.В. Обеспечение прочности сварных соединений для уникальных конструкций из проката больших толщин повышенной и высокой прочности // Строительная механика и расчет сооружений. 2018. № 2 (277). С. 68–75.Gordienko V.E., Abrosimova A.A., Trunova E.V. Vliyanie termociklicheskoj obrabotki na strukturnye izmeneniya plasticheski deformirovannyh svarnyh soedinenij metallicheskih konstrukcij stroitel’nyh mashin [Influence of thermocyclic treatment on structural changes of plastically deformed welded joints of metal structures of construction machines]. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov – Bulletin of Civil Engineers, 2016, 2 (55): 174–180. (In Russian)Густов Ю.И., Орехов А.А. Исследование конструкционно-технологических и эксплуатационных показателей строительной техники // Известия КазГАСУ. 2014. № 4 (30). С. 19–24.Vedyakov I.I., Odesskij P.D., Gurov S.V. Obespechenie prochnosti svarnyh soedinenij dlya unikal’nyh konstrukcij iz prokata bol’shih tolshchin povyshennoj i vysokoj prochnosti [Ensuring the strength of welded joints for unique structures made of rolled products of large thicknesses increased and high strength]. Stroitel’naya mekhanika i raschet sooruzhenij – Construction mechanics and calculation of structures, 2018, 2 (277): 68–75. (In Russian)Мухаметшина Р.М. Влияние климатических факторов на свойства материалов и надежность дорожно-строительных машин // Известия КазГАСУ. 2014. № 4 (30). С. 102–108.Gustov Yu.I., Orekhov A.A. Issledovanie konstrukcionno- tekhnologicheskih i ekspluatacionnyh pokazatelej stroitel’noj tekhniki [Research of structural- technological and operational indicators of construction equipment]. Izvestiya KazGASU – News of the University, 2014, 4 (30):19–24. (In Russian)Мешков Ю.Я., Котречко С.А., Шиян А.В. Роль прочности и механической стабильности в оценке конструкционного качества сталей // Вісник ПДАБА. 2013. № 5 (182). С. 62–68.Mukhametshina R.M. Влияние климатических факторов на свойства материалов и надежность дорожно-строительных машин [Influence of climat ic factors on the properties of materials and reliability of road construction machines]. Izvestiya KazGASU – News of the University, 2014, 4 (30): 102–108. (In Russian)Бубликов Ю.А. Основные направления повышения свойств конструкционных сталей феррито-перлитного класса // ВЕЖПТ. 2014. № 11 (72). С. 81–82.Meshkov Yu.Ya., Kotrechko S.A., Shiyan A.V. Rol’ prochnosti i mekhanicheskoj stabil’nosti v ocenke konstrukcionnogo kachestva stalej [The Role of Strength and Mechanical Stability in Evaluating the Structural Quality of Steels]. Vіsnik PDABA, 2013, 5 (182): 62–68. (In Russian)Зайцева М.М., Мегера Г.И., Касьянов Д.Н. Проблема долговечности деталей грузовых автомобилей // ИВД. 2017. № 2 (45). С. 71–75.Bublikov Yu.A. [Main directions of improving the properties of structural steels of ferrite-perlite class]. VEZHPT, 2014, 11 (72): 81–82. (In Russian)Zaitseva M.M., Megera G.I., Kasyanov D.N. Problema dolgovechnosti detalej gruzovyh avtomobilej [The problem of durability of truck parts]. IVD, 2017, 2 (45): 71–75. (In Russian)Zaitseva M.M., Megera G.I., Kasyanov D.N. Problema dolgovechnosti detalej gruzovyh avtomobilej [The problem of durability of truck parts]. IVD, 2017, 2 (45): 71–75. (In Russian)

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