Проблема износа рабочих органов строительных машин и механизмов остается критическим фактором, определяющим эксплуатационные характеристики и экономическую эффективность землеройного оборудования. Разработка композитных материалов для изготовления ковшей экскаваторов повышенной износостойкости представляет собой актуальную междисциплинарную задачу, требующую интеграции достижений материаловедения, трибологии и машиностроения. Цель исследования заключается в разработке научно-технических принципов создания полимерно- металлических композитных материалов с армирующими элементами для изготовления износостойких ковшей экскаваторов. В рамках исследования применялись методы компьютерного моделирования напряженно-деформированного состояния, экспериментальные испытания на абразивный износ по ASTM G65, рентгеноструктурный анализ, растровая электронная микроскопия, а также статистические методы планирования эксперимента. Эмпирическая база исследования включала 180 образцов композитных материалов с различными типами армирующих элементов и концентрациями упрочняющих фаз. Результаты показали увеличение износостойкости разработанных композитов в 2,3-3,1 раза по сравнению с традиционной сталью Hardox 400, при этом коэффициент удельного износа составил [,12\pm0,03~MM^{3}/H м для оптимального состава с 15% армирующих волокон и 8% наночастиц карбида кремния. Прочность на изгиб достигла 485\pm12 МПа, что на 47% превышает показатели базового материала. Ударная вязкость композита составила 28,5\pm2, кДж/м², демонстрируя 35% прирост относительно контрольных образцов. Коэффициент трения снизился до 0,28\pm0,02, что обеспечивает улучшенные эксплуатационные характеристики в условиях интенсивного абразивного воздействия. Дискуссия результатов свидетельствует о перспективности разработанного подхода для создания нового поколения износостойких материалов, способных существенно повысить эффективность работы землеройного оборудования. Теоретическая значимость работы заключается в установлении закономерностей структурообразования и деформационного поведения многокомпонентных композитных систем под воздействием циклических нагрузок и абразивного износа. Практическая ценность определяется возможностью увеличения межремонтного периода эксплуатации ковшей экскаваторов в 1,8-2,2 раза, что обеспечивает значительное снижение эксплуатационных затрат.
The problem of wear of working bodies of construction machinery and mechanisms remains a critical factor determining the operational characteristics and economic efficiency of earthmoving equipment. The development of composite materials for the manufacture of buckets of excavators with increased wear resistance is an urgent interdisciplinary task that requires the integration of achievements in materials science, tribology and mechanical engineering. The purpose of the research is to develop scientific and technical principles for the creation of polymer-metal composite materials with reinforcing elements for the manufacture of wear-resistant excavator buckets. The research applied methods of computer simulation of the stress-strain state, experimental tests for abrasive wear according to ASTM G65, X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy, as well as statistical methods of experiment planning. The empirical base of the study included 180 samples of composite materials with various types of reinforcing elements and concentrations of reinforcing phases. The results showed an increase in the wear resistance of the developed composites by 2.3-3.1 times compared with traditional Hardox 400 steel, while the coefficient of specific wear was 0.12\pm0.03~mm3/Nm for optimal composition with 15% reinforcing fibers and 8% silicon carbide nanoparticles. The bending strength reached 485\pm12 MPa, which is 47% higher than the base material. The impact strength of the composite was 28.5\pm2.1~kJ/m2, demonstrating a 35% increase relative to the control samples. The coefficient of friction has decreased to 0.28\pm0.02, which provides improved performance in conditions of intense abrasive action. The discussion of the results indicates the prospects of the developed approach for creating a new generation of wear-resistant materials that can significantly improve the efficiency of earthmoving equipment. The theoretical significance of the work lies in the establishment of patterns of structure formation and deformation behavior of multicomponent composite systems under the influence of cyclic loads and abrasive wear. The practical value is determined by the possibility of increasing the maintenance period of excavator buckets by 1.8-2.2 times, which provides a significant reduction in operating costs.