CC BY
24
УДК 669.27:669.018.25
Канд. техн. наук В. Л. Грешта Запорiзький нацюнальний техычний унiверситет, м. Запорiжжя
ДОСЛ1ДЖЕННЯ Х1М1ЧНОГО СКЛАДУ ЧАСТИН БРУХТУ БРОНЕБ1ЙНИХ П1ДКАЛ1БЕРНИХ СНАРЯД1В З МЕТОЮ ТХ
РАЦЮНАЛЬНО! УТИЛ1ЗАЦ11
До^джено осердя бронебтного пiдкалiберного снаряду з метою визначення можливостей його подальшо'1 рацюнально1 утилгзацИ. Порiвняльним хiмiчним та рентгеноструктурним анал1зом встановлено природу матерiалу частинок та зв 'язуючо!речовини до^джуваного матерiалу. Встановлено, що матерiал боеприпасу близький до твердого сплаву типу ВН, що в подальшому необхiдно враховувати, обираючи методутилгзацИ.
Ключовi слова: карбiд вольфраму, снаряд, утилiзацiя, металобрухт, твердий сплав, фазовий склад, порошкова металургiя.
Вступ
На сьогодш на металургшних тдприемствах вико-ристовуеться значна частка металобрухту з невизначе-ним хiмiчним складом. Це призводить до ряду негатив-них насладив, пов'язаних з ускладненнями отримання необхвдного марочного складу готово! металопродукци та можливим нерацюнальним використанням високо-вартiсних матерiалiв. Вторинна сировина, яка вмiщуе значну частку вольфраму, отримуеться тдприемства-ми у вигляд вiдходiв твердих сплавiв та металевого вольфраму i сплавiв. Вагому частину вольфрамовiсного брухту складае матерiал бронебiйних пiдкалiберних сна-рядiв. В Украiнi щорiчно утилiзуеться близько 100 000 тонн снарядiв. Тому дослвдження частин снарядiв з метою визначення можливосп !х подальшо! рацюнально! утилiзацii е достатньо актуальним.
Матерiал та методи досл1дження
Осшльки бронебiйний пiдкалiберний снаряд (БПС) складаеться з дек1лькох частин, виготовлених з рiзних сплавiв, у цiй робой проводили дослвдження осердя боеприпасу з мщного матерiалу велико! густини.
Мiкроструктуру та хiмiчний склад вивчали з використанням електронного мжроскопа РЕМ-106 И при прискорювальнiй нащ^ вiд 20 до 30 кВ та силi струму зонда ввд 4 цА до 30 цА у вторинних та ввдбитих електро-нах. Ддаметр зонду складав вщ 1000 до 200 нм.
Рентгеноструктурний аналiз зразк1в проводили з метою вивчення фазового складу сплаву на дифракто-метрi ДРОН-1 у мiдному К випромiнюваннi з моно-хроматизацiею дифракцiйних промешв.
Мiкротвердiсть окремих структурних складових виз-начали за ГОСТ 9450-76 на прилад ПМТ-3 при наванта-жент 50 Н.
Густину брухту визначали методом пдростатично-го зважування.
Результати досл1дження та Ух обговорення
Гiдростатичним зважуванням було визначено се-редне значення густини - 14,13 г/см3, яке знаходиться на рiвнi густини твердих сплавiв. Мшротвердють досль джуваних зразкiв складала 14,7 ГПа, що практично ввдпо-ввдае твердосп карбiду вольфраму (15 ГПа) [1].
Ведомо, що технолопя виготовлення виробiв з карбiдiв тугоплавких металiв базуеться на рвдиннофаз-ному спiканнi порошков, при нагрiваннi яких матерiал зв'язки розтоплюеться i рiвномiрно розподiляеться по об'ему виробу [2]. При цьому внаслiдок оплавлення частинок карбщу вольфраму в примежових зонах ут-ворюеться твердий розчин та штерметалщи. В резуль-татi утворюеться структура, яка складаеться iз зв'язую-чо! фази та рiвномiрно розташованих дисперсних карбiдiв. Подiбну картину спостер^али п1д час дослвд-ження мшроструктури нетравлених зразк1в (рис. 1 а, б). Вщповщна структура iз чiтко вираженою глобулярною формою порошинок, оточених матерiалом зв'язки, характерна для порошкових матерiалiв.
Для встановлення природи матерiалу частинок та зв'язуючо! речовини було проведено порiвняльний аналiз отриманих зразшв сердечника боеприпасу та типового представника твердих матерiалiв сплаву ВК.
Порiвняння структури БПС з м^оструктурою стандартного сплаву типу ВК (див. рис. 1 в, г) дозволяе зро-бити висновки щодо певно! подiбностi мiкроструктур, а саме спостер^аються глобулярнi частинки, ввдокрем-леш зв'язуючою речовиною. Проте, як видно з рис. 1, матерiал зв 'язки у класичному сплавi типу ВК при при-готуваннi мшроштфа тдлягае бiльш iнтенсивному зно-шуванню, що, можливо, сввдчить про бшьш низький рiвень дифузiйного зв'язку на поверхш подiлу карбвдна частинка - матерiал зв'язки. Дослвдний матерiал навпа-ки вiдзначався бiльшою стiйкiстю до викришування матерiалу зв'язки. За результатами дослщження мшро-
© В. Л. Грешта, 2014 102
ТЕХНОЛОГИ ОТРИМАННЯ ТА ОБРОБКИ КОНСТРУКЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В
структури було зроблено припущення, що сплав сердечника боеприпасу вадноситься до сплавiв типу ВН iз нiкелевою зв'язкою.
г
Рис. 1. Мжроструктура матер1алу сердечника (а - х 2000; б - х 5000) та стандартного сплаву типу ВК (в - х 2000; г - х5000)
Додатковим тдтвердженням того, що дослщжува-ний матерiал, виготовлений за технолопею рвдиннофаз-ного спiкання, були результати вивчення фрактограм поверхонь руйнування осердя при ударному наванта-женнi (рис. 2). У процеа дослiдження спостерiгали пе-реважно iнтеркристалiтний характер розвитку трщини, що сввдчить про механiзм руйнування, характерний для матерiалiв, виготовлених порошковою металургiею. Площини сколу окреслювали форму частинок iз се-реднiм розмiром порошинок у границях 1-3 мкм.
Порiвняльним рентгеноспектральним мiкроаналiзом двох типових структурних складових - зерна та зв'язки, що розташовувалась м1ж зернами твердо! фази, встанов-
Рис. 2. Типов1 поверхш руйнування дослщжуваного матер1алу
лено хiмiчний склад дослiджуваного матерiалу i сплаву типу ВК у ввдповщносп до мiсця отримання характеристичного спектра (табл. 1).
Встановлено, що хiмiчний склад зерен в обох випад-ках майже iдентичний, на вщмшу вiд матрищ. Як видно з табл. 1, основними елементами, що складають матри-цю стандартного ВК сплаву, е кобальт та залiзо (воче-видь залiзо було використано для зменшення вартостi матерiалу). Хiмiчний склад зв'язки дослвджуваного сплаву суттево вщизняеться, оск1льки виявлено присутнiсть близько 5 % (мас.) шкелю з незначними домiшками кобальту та залiза (близько 0,2 % мас.). Отже тдтверд-жуеться припущення про те, що дослщжуваний сплав близький до твердого сплаву типу ВН iз ткелевою зв'яз-кою.
Визначення способу утилiзацil та встановлення на-прямк1в подальшого використання потребуе проведения дослщжень по визначенню фазового складу структурних складових металобрухту, оск1льки вольфра-мовмiснi частинки сплавiв вiдповiдного класу можуть мати як гомогенну природу, так i iснувати у виглядi хiмiчних сполук. За результатами рентгеноструктурно-го аналiзу встановлено, що сплав сердечника боеприпасу складаеться з карбвду вольфраму WC, у- твердого розчину на основi нiкелю та iнтерметалiду №3Бе (рис. 3). Використаиия у зазначеному матерiалi шкеле-во! зв'язки обумовлюе низьк1 температури сткання сплаву, у зв'язку з чим утворення перехiдних фаз на меж! подалу мiж WC та у- твердим розчином не спосте-р^алось.
Отже, детальний аналiз х!м!чного та фазового складу дае змогу зробити припущення, що матерiал сердечника близький до твердого сплаву марки ВН6; тому в подальшому пропонуеться використовувати дослвджу-ваний сплав в двох напрямках. Перший напрямок - без-посередне використання даного сплаву як твердого сплаву типу ВН, другий - регенеращя сплаву для отримання карбщно! складово! WC, наприклад, у даелектричному середовищi [3].
1607-6885 Новi матерiали i технологи в металургп та машинобудувант №2, 2014
103
Таблиця 1 - Хiмiчний склад структурних складових сердечника БПС та твердих сплаив
Матерiал Масова частка елеменпв, %
W Co Ni Fe
Матерiал сердечника БПС Зерно 94,95±5 - 0,7±0,1 0,1±0,1
Зв'язка 65,98±5 0,22±0,1 5,0±0,5 0,26±0,1
Сплав типу ВК Зерно 93,92±5 - - 0,14±0,1
Зв'язка 85,32±5 2,94±0,5 0,5±0,1 2,92±0,1
Сплав ВН6 ТУ У 28.4-30153645.001-2001 93,5 (WC) - 6,0 <0,5
Примтка: ктьюсть вуглецю не визначалась, оскыьки за даною методикою його визначення дае велику похибку.
w с Ni
WC-
Ni NBFe 1 WC WC I WC WC WC
J и I Ni3Fe 4JJ« Ni Д Ni3Fe Д
Рис. 3. Дифрактограма отримана вщ дослщного сплаву
Висновки
1. Встановлено, що матерiал сердечника бронебш-них пiдкалiбериих снаряда за х1тчним та фазовим складом близький до твердого сплаву ВН6. Основою сердечника боеприпасу е карбщ вольфраму WC, який мае значний отр статичним навантаженням i високу гра-ницю теплостiйкостi. Матриця складаеться з твердого розчину на основ! шкелю та iнтерметалiду №3Бе.
2. Подальший напрямок утитзаци необх1дно обира-ти в залежносп вщ потреб металургшного тдприем-ства. Дослщжуваний сплав можна використовувати при виготовленш шструменпв з твердого сплаву типу ВН
або проводити регенерацш сплаву для отримання кар-бщно! складово!.
Список лтератури
1. Тугоплавкие материалы в машиностроении: справочник / ред. А. Т. Туманов, К. И. Портной. - М. : Машиностроение, 1967. - 392 с.
2. Андриевский Р. А. Порошковое материаловедение / Р. А. Андриевский. - М. : Металлургия, 1991. - 205 с.
3. Колобов Г. А. Новые технологии переработки отходов вольфрама и твердых сплавов / Г. А. Колобов, В. С. Панов // Металурпя. - 2013. - Вип. 1. - С. 65-73.
Одержано 14.12.2014
Грешта В. Л. Исследование химического состава частей лома бронебойных подкалиберных снарядов с целью их рациональной утилизации
Исследован сердечник бронебойных подкалиберных снарядов с целью определения возможностей их дальнейшей рациональной утилизации. Сравнительным химическим и рентгеноструктурным анализом установлена природа материала частиц и связки исследуемого материала. Показано, что материал боеприпаса близок к твердому сплаву типа ВН, что в дальнейшем необходимо учитывать при выборе метода утилизации.
Ключевые слова: карбид вольфрама, снаряд, утилизация, металлолом, твердый сплав, фазовый состав, порошковая металлургия.
Greshta V. Research of scrap parts composition of apds for their rational usage
The core of APDS is researched to determine the opportunities for its further rational application. The nature of the material particles and the binder of the material is established by comparative chemical and X-ray analysis. It is shown that the material of shells is similar to a hard alloy of VN type. In the future it is necessary to take into consideration such a method of utilizing.
Key words: tungsten carbide, shell, waste, scrap metal, hard alloy, phase composition, chemical composition.
