Results of metallographic studies of cutting parts of cultivator sweeps made of the 30MnB5 steel

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Cultivators are widely used in our country for surface tillage. Moreover, their most common working organ is the duckfoot sweep. In recent years, foreign manufacturers of agricultural machinery have begun to use boron steels in manufacturing working parts of agricultural machinery, which can increase the wear resistance and durability of machine parts. The paper presents the results of metallographic studies of the structure and properties of the cutting parts of duckfoot cultivator sweeps made of the 30MnB5 boron steel.

AIM: Study of the structure and properties of boron steels after Relit surfacing and subsequent hardening.

METHODS: The cutting parts of the sweeps of the KPIR-3.6 and KPU-5.4 cultivators, mass-produced according to the OST 23.2.164-87 at the Buinsky Machine-Building Plant of the Republic of Tatarstan were used to carry out metallographic studies. These working bodies were made of the 30MnB5 steel according to the DIN EN 10083-3. To ensure heterogeneity of the structure, a layer of Relit was fused to one side of the cutting blade of the cultivator sweep, after which the entire working element was hardened. The macro- and microstructure of the metal part was studied in a microspecimen’s section cut out to the cutting edge. For the macrostructural studies, the MEIJI RZ stereoscopic microscope with a resolving power of up to 7 times was used. The microhardness of the part was measured according to the Vickers hardness test (GOST R ISO 6507-1-2007) at different loads using the MicroMet 5104 microhardness tester. Contamination of the base metal of the part with non-metallic inclusions was assessed using the “Sh4” method according to the GOST 1778-70.

RESULTS: The proposed manufacturing technology for cultivator duckfoot sweep, made of the 30MnB5 steel, made it possible to obtain a cutting part that is heterogeneous in structure and hardness, which ensures self-sharpening of the blade during the friction of the cultivator sweep on the soil. The steel base of the cultivator sweep after heat treatment has a troostomartensite structure with a microhardness of ≈564 HV 0.3. The deposited layer of Relit has a dendritic cast structure of tungsten with a microhardness of 900...1020 HV 0.05 and tungsten carbides with a microhardness of 2315...2460 HV 0.05. The wear of sweeps made of the 30MnB5 steel turned out to be 9.5% less than that of the working bodies made of the 65G steel. The cost of manufacturing working parts using the proposed technology was reduced by 14.3%.

CONCLUSION: The practical value of the study lies in the fact that the results of studies of the cutting parts of self-sharpening cultivator paws made of the 30MnB5 steel using the proposed technology are used in the production process of Buinsky Machine-Building Plant LLC in the Republic of Tatarstan. The sweeps manufactured using the proposed technology are installed on the KPIR-3.6 and KPU-5.4 cultivators. The presence of the self-sharpening effect of the sweeps made it possible to increase the quality of products required by consumers and its high competitiveness.

About the authors

Sergey A. Yakovlev

Ulyanovsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin

Author for correspondence.
Email: Jakseal@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-4962-4080
SPIN-code: 9968-2449

Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor of the Production Technology and Machine Repair Department

Russian Federation, Ulyanovsk

Vladimir I. Kurdyumov

Ulyanovsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin

Email: bgdie@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1603-1779
SPIN-code: 2823-4234

Dr. Sci. (Engineering), Professor, Head of the Agrotechnologies, Machines and Life Safety Department

Russian Federation, Ulyanovsk

Vyacheslav E. Proshkin

Ulyanovsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin

Email: veproshkin1993@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0307-3411
SPIN-code: 1501-8513

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor of the Agrotechnologies, Machines and Life Safety Department

Russian Federation, Ulyanovsk

Boris V. Kuznetsov

Buinsky Machine-Building Plant

Email: kuzygsha@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-3996-7817
SPIN-code: 2382-0070

Head of the Technical Department

Russian Federation, Kazan

Evgeniy V. Sidorov

Ulyanovsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin

Email: aksongqik@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-4822-6671
SPIN-code: 1377-6255

Postgraduate of the Engineering Faculty

Russian Federation, Ulyanovsk

References

  1. Proshkin VE, Kurdiumov VI, Proshkin EN, et al. Analysis of the results of field testing of the spring-wave roller. Tractors and Agricultural Machinery. 2023;90(5):405–412. (In Russ.) doi: 10.17816/0321-4443-567933 EDN: KQOJIF
  2. Seregin AA, Valuev NV, Nikitchenko SL, et al. Results of assessing the quality of cultivator paws. Bulletin of Agrarian Science of the Don. 2021;2(54):42–49. (In Russ.)
  3. Haretski HP, Solovey NF, Shenets SL, et al. Structure and characteristics of boron-containing steels for fasteners. Foundry production and metallurgy. 2020;1:25–30.
  4. Myalenko VI, Sankina OV. Selection of geometric parameters for applying reinforcing materials to the friction surfaces of soil-cutting parts. Friction and wear. 2022;2:176–183. doi: 10.32864/0202-4977-2022-43-2-176-183
  5. Fayurshin A, Farkhshatov M, Saifullin R, et al. Improving the durability of cultivator blades using one-sided gas-flame surfacing. Journal of Applied Engineering Science. 2021;19(1):57–67. doi: 10.5937/jaes0-27725
  6. Pavlov A, Saifullin R, Farkhshatov M, et al. Study of part restoration modes using electrocontact welding with gauze filler materials. International Journal on Engineering Applications. 2021;9(2):62–70. doi: 10.15866/irea.v9i2.19511
  7. Mikhalchenkov AM, Ulyanova ND, Feskov SA, et al. Mechanical properties of heat-strengthened steel 65G, surface-reinforced with hard alloy surfacing. Agricultural engineering. 2021;3(103):63–68.
  8. Mikhalchenkov AM, Feskov SA, Tyureva AA. Effect of features of microstructure and microhardness of foreign-production center hoes on selection of renewal method of them. Materialovedenie. 2021;3:19–22. (In Russ.) doi: 10.31044/1684-579X-2021-0-3-19-22
  9. Yakovlev SA, Kurdyumov VI, Ayugin NP, et al. Results of studies of the structure and microhardness of the cutting parts of John Deere cultivators. Strengthening technologies and coatings. 2023;12(228):538–542. (In Russ.) doi: 10.36652/1813-1336-2023-19-12-538-542
  10. Yakovlev SA, Kurdyumov VI, Glushchenko AA, et al. Ensuring self-sharpening of cutting parts of working parts of agricultural machinery by point electromechanical processing. Strengthening technologies and coatings. 2021;9(201):419–423. (In Russ.) doi: 10.36652/1813-1336-2021-17-9-419-423
  11. Yakovlev S, Kurdyumov V, Ayugin N, et al. Results of metallographic observations of cultivator shares after spot electromechanical processing. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2022;979. doi: 10.1088/1755-1315/979/1/012047
  12. Beckert M, Klemm H. Handbuch der metallographischen Ätzverfahren. Leipzig: VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie; 1985. (In Russ.)
  13. GOST (State Standard) R ISO 6507-1-2007: Metals and Alloys. Vickers Hardness Test. Part 1. Test Method. Moscow: Standartinform; 2008. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. The macrostructure of the cutting edge of the cultivator sweep after Relit surfacing and consequent hardening: the cutting part of the paw; the deposited layer of Relite — steel base.

Download (377KB)
3. Fig. 2. The microstructure of a tungsten basis of the deposited layer on the detail’s surface, x500.

Download (463KB)
4. Fig. 3. Tungsten carbide in the microstructure of the deposit on the detail’s surface, x90.

Download (405KB)
5. Fig. 4. The pores in the material of the detail’s deposit filled with slag, x100.

Download (357KB)
6. Fig. 5. The nickel base layer under the material of the deposit on the detail’s surface, x1000.

Download (275KB)
7. Fig. 6. Non-metallic inclusions in the metal of the detail, x800.

Download (123KB)
8. Fig. 7. The microstructure of the main metal of the detail, x500: а — in the core; b — close to the cutting edge.

Download (672KB)
9. Fig. 8. The partially decarbonized layer on the detail’s surface, x100.

Download (405KB)
10. Fig. 9. The oxide scale on the detail’s surface, x750.

Download (157KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».