CC BY
12
Металлургия и материаловедение
УДК 621.762
ФОРМА И МОРФОЛОГИЯ ЧАСТИЦ ПОРОШКА, ПОЛУЧЕННОГО ЭЛЕКТРОДИСПЕРГИРОВАНИЕМ СПЛАВА ЖС6У В КЕРОСИНЕ*
Агеев Евгений Викторович, д.т.н., профессор Поданов Вадим Олегович, аспирант E-mail: [email protected] Юго-Западный государственный университет, г. Курск, Россия
*Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ (НШ-596.2022.4).
Представлены результаты исследования формы и морфологии электроэрозионных порошков, полученных из отходов сплава ЖС6У в керосине осветительном. Микроанализ частиц порошка, проведенный с помощью растрового электронного микроскопа «QUANTA 600 FEG», показал, что порошок, полученный методом ЭЭД из отходов сплава ЖС6У, состоит в основном из частиц сферической, эллиптической формы и агломератов.
Ключевые слова: отходы жаропрочного сплава ЖС6У, электроэрозионное диспергирование, керосин, порошок, форма и морфология.
В настоящее время жаропрочные сплавы нашли широкое распространение для изготовления лопаток турбин, самым распространенным из них является сплав ЖС6У. Данный сплав имеет предел сточасовой прочности при 1000°С - 170...180 МПа. Верхний предел рабочих температур сплава ЖС6У составляет 1050.1100 °С. Данный сплав обладает очень высокой жаропрочностью, что затрудняет процесс его переработки и повторного использования [1-4].
В настоящее время одной из основных проблем использования сплава ЖС6У связана с наличием в его составе дорогостоящих компонентов, таких как Cr, Co, Ni, Nb, Mo, Ti и W и необходимостью его повторного использования путем измельчения. Одним из эффективных, но недостаточно изученных металлургических способов измельчения металлоотходов является электродиспергирование (ЭД) [5-9].
Для разработки технологических рекомендаций по переработке метал-лоотходов сплава ЖС6У в мелкодисперсные частицы с целью их повторного использования требуется проведение металлографических исследований.
Целью настоящей работы являлось проведение исследования формы и морфологии электроэрозионных порошков, полученных из отходов сплава ЖС6У в керосине осветительном.
Электродиспергирование отходов сплава ЖС6У осуществляли на экспериментальной установке [10-14] (рис. 1) в керосине осветительном при
массе загрузки 300 г. При этом использовали следующие электрические параметры установки:
- напряжение на электродах от 130...150 В;
- ёмкость конденсаторов 55.60 мкФ;
- частота следования импульсов 260.300 Гц.
металлоотходов: 1 - регулятор напряжения; 2 - генератор импульсов; 3 -реактор; 4 - встряхиватель; 5, 6 - электроды; 7 - электроэрозионные частицы; 8 - металлоотходы; 9 - газовый пузырь; 10 - рабочая жидкость
Принцип действия установки для электродиспергирования сводится к следующему. В начале осуществляется сборка электродов 5 и 6 из диспергируемых металлоотходов 8. Далее в реактор 3 загружаются гранулы диспергируемого металлоотхода 8 и заливается рабочая жидкость 10. На пульте управления генератора импульсов 2 устанавливаются требуемые для электродиспергирования металлоотходов параметры: емкость разрядных конденсаторов и частота следования импульсов. Затем при помощи регулятора напряжения 1 устанавливается такое напряжение, при котором происходит электрический пробой рабочей жидкости 10, находящийся в межэлектродном пространстве. При образовании канала разряда куски металлоотхода в точке разряда плавятся и испаряются. Рабочая жидкость 10 в канале электрического разряда также кипит и испаряется, образуя газовый пузырь 9. Капли расплавленного и испаряющегося металлоотхода попада-
ют в жидкую рабочую среду образуют сферические и эллиптические частицы 7, а также агломераты. Встряхиватель 4 передвигает один из электродов и обеспечивает непрерывное протекание процесса электродиспергирования.
Процесс Э Д металлоотходов протекает в четыре этапа [15-19] (рис. 2):
- 1 этап - подготовительный процесс перед электродиспергированием металлоотходов;
- 2 этап - электродиспергирование металлоотходов;
- 3 этап - выгрузка из реактора продуктов электродиспергирования;
- 4 этап - работа с электроэрозионной шихтой.
1 Этап
Подготовка к процессу
N
I
Подготовка отходов (мойка, сушка, взвешивание) и загрузка в реактор
Монтаж электродов
Заполнение реактора РЖ
2 Этап Процесс ЭД
Контроль основных электрических показателей vera-
Выключение
3 "Эта п Выгрузка порошка
N
4 Этап
Сушка н взвешивание
:г
Выгрузка остатков металлоотходов
Слив РЖ
I
Центрифугирование
I
Сушка порошка на электрической плитке
Рис. 2. Схема процесса электродиспергирования
Исследование формы и морфологии поверхности частиц, полученных ЭД металлоотходов сплава ЖС6У, проводили на электронно-ионном сканирующем (растровом) микроскопе с полевой эмиссией электронов «QUANTA 600 FEG» (Нидерланды). Методика исследования формы и морфологии частиц представлена в виде блок-схемы на рис. 3.
Процессы, происходящие при электродиспергировании (ЭД) металлоотходов, протекают в межэлектродном пространстве, заполненном рабочей жидкостью, которая оказывает на процесс, электроды, гранулы и продукты эрозии сплава физическое, химическое, моющее и механическое воздействие, что сказывается на всех стадиях процесса [20-24].
Электронно-ионный сканирующий микроскоп «Quanta 600 FEG»
Электронная колонна
Паннаяколонна
Принципиальная схема процесса исследования шихты
да пала кте.1 ь нын
Рис. 3. Блок-схема методики исследования формы и морфологии частиц
На стадии электрического разряда происходит разложение рабочей жидкости, и продукты ее пиролиза вступают в химическое взаимодействие с продуктами электроэрозионного диспергирования, образуя различные химические соединения. На следующей стадии, когда происходит удаление продуктов эрозии и продуктов распада из зоны разряда, немаловажное значение имеет вязкость рабочей жидкости. Степень захвата продуктов эрозии увеличивается с увеличением вязкости, следовательно, улучшается скорость их удаления. С другой стороны, при малом межэлектродном зазоре движение вязкой рабочей жидкости затруднено, следовательно, пада-
ет скорость удаления продуктов эрозии. Рабочая жидкость при электродиспергировании охлаждает рабочую зону.
Прохождение электрического тока через рабочую жидкость влечет ее разложение, с образованием водорода, кислорода и углерода (в зависимости от природы жидкости) [25-29]. Водород в процессе ЭД выходит на поверхность рабочей жидкости, а углерод и кислород взаимодействуют с продуктами эрозии (Me'), т.е
Me^Me'+CnHm=MeCn+m/2H2 Т.
Отмечено, что в процессе электродиспергирования металлоотходов сплава ЖС6У частицы, которые выбрасываются из канала электрического разряда в расплавленном виде в реактор, заполненный рабочей жидкостью, очень быстро кристаллизуются. Процесс быстрой кристаллизации расплавленного материала в жидкой рабочей среде способствует приданию частицам формы сферы и эллипса (рис. 4).
Рис. 4. Микрофотографии частиц ЖС6У
Микроанализ частиц порошка, проведенный с помощью растрового электронного микроскопа «QUANTA 600 FEG», показал, что порошок, полученный методом ЭЭД из отходов сплава ЖС6У, состоит в основном из частиц сферической, эллиптической формы и агломератов. Причем, изменяя электрические параметры процесса диспергирования можно управлять шириной и смещением интервала размера частиц, а также производитель-
ностью процесса ЭД. Для сбора мелкодисперсной фракции частиц возможно применение центрифугирования.
Список литературы
1. Ерёмин Е.Н., Филиппов Ю.О., Давлеткильдеев Н.А., Миннеханов Г.Н. Исследование структуры сплава ЖС6У методом атомно-силовой микроскопии // Омский научный вестник. 2011. № 1 (97). С. 24-29.
2. Еремин Е.Н., Филиппов Ю.О., Маталасова А.Е. Исследование карбидных фаз в сплаве ЖС6У // Омский научный вестник. 2014. № 3 (133). С. 59-63.
3. Ерёмин Е.Н., Филиппов Ю.О., Миннеханов Г.Н., Лопаев Б.Е. Исследование фазовых превращений в сплаве ЖС6У методами термического анализа // Омский научный вестник. 2013. № 1 (117). С. 63-68.
4. Новикова О.В., Кочетков В.А., Виноградов А.И., Жуков А.А., Тихонов А.А., Ма-ринин С.Ф. Применение газоизостатического прессования для повышения эксплуатационной надежности лопаток турбины из жаропрочного сплава типа ЖС6У // Заготовительные производства в машиностроении. 2007. № 8. С. 54-56.
5. Морфология и элементный состав медных электроэрозионных порошков, пригодных к спеканию / Агеева Е.В., Хорьякова Н.М., Агеев Е.В. // Вестник машиностроения. 2014. № 10. С. 66-68.
6. Исследование алюминиевого порошка, полученного методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде / Латыпов Р. А., Агеев Е.В., Агеева Е.В., Новиков Е.П. // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2016. № 4. С. 19-22.
7. Электроэрозионные медные порошки для гальванических покрытий / Хорьякова Н.М., Агеев Е.В., Агеева Е.В. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2014. № 4 (112). С. 18-20.
8. Гранулометрический и фазовый составы порошка, полученного из вольфрамсо-держащих отходов инструментальных материалов электроэрозионным диспергированием в керосине / Агеев Е.В., Агеева Е.В., Воробьев Е.А. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2014. № 4 (112). С. 11-14.
9. Оценка износостойкости электроискровых покрытий, полученных с использованием электроэрозионных порошков быстрорежущей стали / Агеева Е.В., Латыпов Р. А., Агеев Е.В., Алтухов А.Ю., Карпенко В.Ю. // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015. № 1. С. 71-76.
10. Быстрорежущая сталь, диспергированная в керосине / Агеева Е.В., Агеев Е.В., Воробьев Е.А., Зубарев М.А. // Известия Юго-Западного государственного университета. 2014. № 5 (56). С. 21-25.
11. Исследование микротвердости порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава / Агеев Е.В., Семенихин Б.А., Латыпов Р.А. // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина". 2011. № 1 (46). С. 78-80.
12. Разработка и исследование твердосплавных изделий из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием вольфрамсодержащих отходов / Латыпов Р. А., Латыпова Г. Р., Агеев Е. В., Давыдов А. А. // Международный научный журнал. 2013. № 2. С. 107-112.
13. Свойства порошков из отходов твердых сплавов ВК8 и Т15К6, полученных методом электроэрозионного диспергирования / Латыпов Р.А., Коростелев А.Б., Агеев Е.В., Семенихин Б.А. // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2010. № 7. С. 2-6.
14. Исследование формы и морфологии электроэрозионных медных порошков, полученных из отходов / Агеева Е.В., Хорьякова Н.М., Агеев Е.В. // Вестник машиностроения. 2014. № 8. С. 73-75.
15. Properties of the coatings fabricated by plasma-jet hard-facing by dispersed mechanical engineering wastes / Latypov R.A., Latypova G.R., Ageev E.V., Altukhov A.Y., Ageeva E.V. // Russian metallurgy (Metally). 2018. Т. 2018. № 6. С. 573-575.
16. Исследование гранулометрического состава порошков, полученных элетроэрози-онным диспергированием твердого сплава и используемых при восстановлении и упрочнении деталей автотракторной техники / Агеев Е.В., Гадалов В.Н., Серебровский
B.И., Семенихин Б.А., Агеева Е.В., Латыпов Р.А., Гнездилова Ю.П. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2010. № 4. С. 76-79.
17. Изучение формы и морфологии порошка, полученного из отходов алюминия методом электроэрозионного диспергирования / Новиков Е.П., Агеева Е.В., Чумак-Жунь Д. А. // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2015. № 4 (17). С. 13-17.
18. Изучение формы и элементного состава порошка, полученного из вольфрамсо-держащих отходов инструментальных материалов электроэрозионным диспергированием в водной среде / Агеева Е.В., Агеев Е.В., Карпенко В.Ю. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2014. № 4 (112). С. 14-17.
19. X-ray analisis of the powder of micro- and nanometer fractions, obtained from wastes of alloy T15K6 in aqueous medium / Ageeva E.V., Ageev E.V., Pikalov S.V., Vorobiev E.A., Novikov A.N. // Журнал нано- и электронной физики. 2015. Т. 7. № 4. С. 04058.
20. Состав, структура и свойства твердосплавных порошков, полученных электродиспергированием сплава Т5К10 в воде / Е.В. Агеев, А.Е. Агеева // Металлург. - 2022. - №2. - C. 39-43.
21. Структура и свойства спеченных образцов из электроэрозионных хромсодержа-щих порошков, полученных в бутиловом спирте / Агеева Е.В., Хардиков С.В., Агеева А.Е. // Современные материалы, техника и технологии, 2021. - №6 (39). - С. 4-13.
22. Анализ характеристик износостойкости спеченных изделий из электроэрозионного порошка стали Х13, полученного в бутиловом спирте / Хардиков С.В., Агеева Е.В., Агеева А.Е. // Современные материалы, техника и технологии, 2021. - №6 (39). -
C. 58-64.
23. Свойства порошков корунда, полученных электродиспергированием металлоотходов / Е. П. Новиков, В. О. Поданов, А. Е. Агеева // Вестник ВолгГТУ. - 2022. - №7 (266). - C. 90-94.
24. Агеев, Е.В. Микроструктура и элементный состав порошков, полученных в условиях электроэрозионной металлургии отходов жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в воде / Е.В. Агеев, В.О. Поданов, А.Е. Агеева // Металлург. - 2022. - №3. - C. 90-95.
25. Исследование гранулометрического состава частиц порошка, полученного электродиспергированием сплава Х20Н80 в воде / Бобков Е.А., Агеева А.Е., Агеева Е.В. // Актуальные вопросы науки, нанотехнологий, производства: сб. науч. ст. Междунар. науч.-практ. конф. - Курск, 2021. - С. 25-27.
26. Микроструктура высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / Пикалов С. В., Агеева А.Е. // Актуальные вопросы науки, нанотехнологий, производства: сб. науч. ст. Междунар. науч.-практ. конф. - Курск, 2021. - С. 207-209.
27. Элементный состав частиц порошка, полученного электродиспергированием сплава Х20Н80 в керосине / Е.В. Агеева, А.Е. Агеев, Е.А. Бобков // Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых: сб. науч. ст. 2- й Всерос. науч. конф. в 5 т. - Курск, 2021. -Т. 5. - С. 37-40.
28. Элементный состав высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / С.В. Пикалов, А.Е. Агеева // Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых: сб. науч. ст. 2- й Все-рос. науч. конф. в 5 т. - Курск, 2021. -Т. 5. - С. 115-117.
29. Элементный состав частиц порошка, полученного электродиспергированием сплава Х20Н80 в керосине / Бобков Е.А., Агеева А.Е., Агеева Е.В. // Современные материалы, техника и технология: сб. науч. ст. 11-й Междунар. науч.-практ. конф. Курск, 2021. - С. 42-44.
1. Восстановление распределительного вала дизельного двигателя/ Латыпов Р.А., Агеев Е.В., Латыпова Г.Р.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 2 (5). С. 146-150.
2. Оценка относительной прочности соединения металлов на этапе схватывания при сварке давлением/ Латыпова Г.Р., Латыпов Р.А., Булычев В.В., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 2 (2). С. 102-110.
3. Исследование и разработка технологии восстановления вала ротора турбокомпрессора электроискровой обработкой электроэрозионными наноматериалами/ Латы-пов Р.А., Денисов В.А., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 2 (5). С. 141-146.
4. Свойства электроэрозионных порошков, используемых в производстве твердосплавных заготовок/ Кругляков О.В., Угримов А.С., Осьминина А.С., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 119-121.
5. Исследование свойств спеченных заготовок из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов быстрорежущей стали/ Агеев Е.В., Карпенко В.Ю.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 4 (7). С. 10-16.
Ageev Evgeny Viktorovich, Doctor of Technical Sciences, Professor Podanov Vadim Olegovich, PhD student E-mail: [email protected] South-West State University, Kursk, Russia
THE SHAPE AND MORPHOLOGY OF THE POWDER PARTICLES OBTAINED BY ELECTRODISPERSING THE ALLOY ZHS6U IN KEROSENE*
*The work was supported by a grant from the President of the Russian Federation (NSH-596.2022.4).
The results of the study of the shape and morphology of electroerosive powders obtained from waste of the alloy ZhS6U in kerosene lighting are presented. Microanalysis of powder particles carried out using a scanning electron microscope "QUANTA 600 FEG" showed that the powder obtained by the EED method from the waste of the alloy ZhS6U consists mainly of spherical, elliptical particles and agglomerates.
Key words: waste of heat-resistant alloy ZhS6U, electroerosive dispersion, kerosene, powder, shape and morphology.
