CC BY
13
Металлургия и материаловедение
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ЭЭД ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА ИХ ОТХОДОВ
СТАЛИ Х13* Агеева Екатерина Владимировна, к.т.н., доцент, (e-mail: ageeva-ev@yandex.ru) Игнатенко Николай Михайлович, д.ф.-м.н., профессор (e-mail: inmkstu@bk.ru) Хардиков Сергей Владимирович, к.т.н., научный сотрудник,
(e-mail: hardikov1990@mail.ru) Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
В статье представлены исследования зависимости массы получаемого порошка от электрических параметров установки для получения порошков из токопроводящих материалов. Экспериментально установлены прямо пропорциональные зависимости массы получаемого порошка от частоты следования импульсов и массы получаемого порошка от напряжения на электродах. Также установлена прямо пропорциональная зависимость массы получаемого порошка от ёмкости разрядных конденсаторов в интервале до 48 мкФ. Дальнейшее увеличение ёмкости разрядных конденсаторов приводит к уменьшению процесса порошкообразования.
Ключевые слова: отходы стали Х13, производительность процесса ЭЭД, электроэрозионное диспергирование.
*Работа выполнена при поддержке стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам (СП-945.2019.1).
Одним из основных направлений развития технологии машиностроения в настоящее время является совершенствование существующих и разработка новых безотходных, экологически чистых, материалосберегающих производственных процессов, т.е. таких процессов, которые обеспечивают получение заготовок с минимальными припусками под последующую механическую обработку либо вообще без них при одновременном снижении расхода дефицитных материалов. В решении этой проблемы определенная роль принадлежит порошковой металлургии.
Прогресс в современной технике неразрывно связан с достижениями в области порошковой металлургии. Порошковая металлургия занимает значительное место в создании перспективных современных материалов, обладающих высокой прочностью, жаростойкостью, твердостью, износостойкостью, малой плотностью, специальными магнитными и оптическими характеристиками и т.п. [1]. Свойства порошковых материалов определяются структурой и строением, которые в свою очередь зависят от химического состава, технологии получения и последующей обработки
посредством механических, термических, химических, физических и других комбинированных воздействий.
Порошковая металлургия - это отрасль техники, включающая изготовление порошков из металлов и их сплавов и получение из них заготовок и изделий без расплавления основного компонента. Методами порошковой металлургии можно создавать материалы из различных компонентов с резко отличающимися свойствами и температурами плавления, новые материалы с разнообразным комплексом физико-механических свойств. Порошковая металлургия используется как для создания принципиально новых материалов и изделий из них, так и для изготовления самой широкой номенклатуры конструкционных деталей общего назначения.
Свойства порошковых материалов, кроме того, в большой мере определяются еще и свойствами исходных порошков. Поэтому при разработке и применении порошковых материалов важная роль принадлежит характеристикам исходных порошков, а также структуре, составу самих порошковых материалов и, следовательно, методам их исследования и оценки [2].
В последнее время для получения металлических порошков большой интерес вызывает метод электроэрозионного диспергирования. На наш взгляд, он является одним из наиболее перспективных методов получения порошков. Метод электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) отличается относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса и позволяет получить порошки из отходов производства и потребления [3-10]. Тем не менее широкое использование метода электроэрозионного диспергирования сдерживается отсутствием справочного материала по оптимизации режимов порошкообразования и свойствам полученных медных порошков. Для широкого использования данного метода требуются обширные теоретические и экспериментальные исследования.
Процесс ЭЭД представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами. В зоне разряда под действием высоких температур происходит нагрев, расплавление и частичное испарение материала.
Для получения высокой температуры в ограниченной области малого объема необходима большая концентрация энергии. Достижение этой цели осуществляется использованием импульсного напряжения, а ЭЭД осуществляется в жидкой среде (рабочей жидкости), которая заполняет зазор между электродами, называемый межэлектродным промежутком (МЭП) или межэлектродным зазором.
Ввиду того, что любая гладкая поверхность имеет свой макро- или микрорельеф, между двумя электродами всегда найдутся две точки, расстояние между которыми будет меньше, чем между другими точками поверхностей электродов. При подключении к электродам источника электрического тока между электродами начинает протекать ток, и возникает элек-
трическое поле, напряженность которого на участке, где зазор между электродами минимален, будет достигать наибольшего значения. Расположение этого участка зависит от местных выступов, неровностей на электродах, от наличия и размеров электропроводных частиц, находящихся в межэлектродном промежутке.
Целью исследования является изучение режимов порошкообразования процесса получения порошков из отходов стали марки Х13 методом электроэрозионного диспергирования в бутиловом спирте.
Процесс получения порошков осуществляется на установке для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов. Установка содержит реактор электроэрозионного диспергирования для загружаемых в него токопроводящих материалов, регулятор напряжения и генератор импульсов [11]. Для получения порошка методом электроэрозионного диспергирования использовали отходы стали марки Х13. Отходы стали марки Х13 загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью - бутиловым спиртом, процесс проводили, изменяя электрические параметры: напряжение на электродах, частоту следования импульсов и ёмкость разрядных конденсаторов. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение лома шарикоподшипниковой стали.
60 so 100
Частота следования импульсов, Гц
Рисунок 1 - Зависимость массы получаемого порошка от рабочей частоты установки ЭЭД (U = 100 В, С = 58 мкФ)
На рисунках 1-3 представлены графики зависимости массы получаемого порошка от электрических параметров установки для получения нанодис-персных порошков из токопроводящих материалов.
На рисунке 1 представлен график зависимости массы получаемого порошка от рабочей частоты генератора импульсов при напряжении на электродах и = 100 В и ёмкости разрядных конденсаторов С = 58 мкФ.
На рисунке 2 представлен график зависимости массы получаемого порошка от ёмкости разрядных конденсаторов при напряжении на электродах И = 100 и частоте следования импульсов и = 100 Гц.
На рисунке 3 представлен график зависимости массы получаемого порошка от напряжения на электродах реактора установки ЭЭД при частоте следования импульсов и = 100 Гц и ёмкости разрядных конденсаторов С = 58 мкФ.
2 В
о |
с
25 20 15
3 10 £
О *------ -
38 48 58
Ёмкость разрядных конденсаторов. мкФ
Рисунок 2 - Зависимость массы получаемого порошка от ёмкости разрядных конденсаторов (и = 100 В, и = 100 Гц)
60 80 100 Напряжение ка электродах. В
Рисунок 3 - Зависимость массы получаемого порошка от напряжения на электродах (и = 100 Гц, С = 58 мкФ)
Экспериментально установлены прямо пропорциональные зависимости массы получаемого порошка от частоты следования импульсов и массы получаемого порошка от напряжения на электродах. Также установлена прямо пропорциональная зависимость массы получаемого порошка от ёмкости разрядных конденсаторов в интервале до 48 мкФ. Дальнейшее увеличение ёмкости разрядных конденсаторов приводит к уменьшению процесса порошкообразования.
Список литературы
1. Витязь П. А. Порошковые материалы на основе железа и меди. Атлас структур. -Минск: Белорус, наука, 2008. - 155 с.
2. Корчагина М. В., Науменко А. А., Липкин В. М. Закономерности получения электролитических порошков меди на виброкатоде и исследование их свойств // Вестник Донского государственного технического университета. - 2015. - Т. 15, № 3 (82). - С. 41-46.
3. Петридис А. В., Толкушев А. А., Агеев Е. В. Состав и свойства порошков, полученных из отходов твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) // Технология металлов. - 2005. - № 6. - С. 13-17.
4. Агеев Е. В., Семенихин Б. А., Латыпов Р. А. Разработка генератора импульсов установки электроэрозионного диспергирования // Информационно-измерительные, диагностические и управляющие системы. Диагностика- 2009: сб. матер. Междунар. на-уч.-техн, конф. - Курск, 2009. - С. 144-147.
5. Агеев Е. В., Агеева Е. В., Хорьякова Н. М. Состав и свойства медных порошков, полученных электроэрозионным диспергированием: монография. - Курск, 2014. - 144 с.
6. Исследование производительности процесса получения порошков методом электроэрозионного диспергирования / Е. В. Агеев, Б. А. Семенихин, Е. В. Агеева, Р. А. Латыпов, Н. А. Пивовар // Известия Юго-Западного государственного университета. -2010. - № 4 (33). - С. 76-82.
7. Ageeva Е. V., Khor'yakova N. М., Ageev Е. V. Morphology and composition of copper electrospark powder suitable for sintering // Source of the Document Russian Engineering Research. - 2010. - Vol. 35 (1). -P. 33-35
8. Ageeva E. V., Khor'yakova N. M., Ageev E. V. Morphology of copper powder produced by electrospark dispersion from waste // Russian Engineering Research. - 2010. - Vol. 34 (11). - P. 694- 696.
9. Ageeva E. V., Ageev E. V., Karpenko V. Y. Nanopowder produced from high-speed steel waste by electrospark dispersion in water // Source of the Document Russian Engineering Research. - 2010. - Vol. 35 (3). - P. 189-190.
10. Document Electroerosive powder obtained from alloy VK8 waste into butanol / E. V. Ageev, A. Y. Altukhov, S. V Khar- dikov, S. S. Gulidin, A. N. Novikov // Source of the Document Journal of Nano- and Electronic Physics. - 2010. - № 7 (4). -P. 04080.
11. Пат. 2449859 Российская Федерация, C2, B22F9/14. Установка для получения на-нодисперсных порошков из токопроводящих материалов / Агеев Е. В.; заявитель и патентообладатель Юго- Западный государственный университет. - №2010104316/02; за-явл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012. - 4 с.
12. Порошковая шарикоподшипниковая сталь, полученная диспергированием в керосине/ Агеева Е.В., Ивахненко А.Г., Куц В.В., Хардиков С.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2017. № 5 (13). с. 10-15
13. Строение и свойства порошковых материалов, полученных из отходов шарикоподшипниковой стали марки шх15 методом ЭЭД в воде дистиллированной/ Ивахненко А.Г., Агеева Е.В., Куц В.В., Хардиков С.В. // Современные материалы, техника и технологии. 2017. № 5 (13). с . 28-33
14. Строение и свойства порошковой быстрорежущей стали, полученной электроэрозионным диспергированием в воде/ Куц В.В., Ивахненко А.Г., Агеева Е.В. // Современные материалы, техника и технологии. 2017. № 5 (13). с. 50-54
15. К вопросу о переработке алюминиевых отходов электроэрозионным диспергированием/ Новиков Е.П., Агеев Е.В., Сытченко А.Д.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 169-172.
16. О возможности переработки отходов шарикоподшипниковой стали методом электроэрозионного диспергирования/ Хардиков С.В., Агеев Е.В., Зубарев М.А.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 211-214.
Ageeva Ekaterina Vladimirovna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, (e-mail: ageeva-ev@yandex.ru) Southwest state university, Kursk, Russia
Hardikov Sergey Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences, researcher, (e-mail: hardikov1990@mail.ru) Southwest state university, Kursk, Russia
INVESTIGATION OF THE PERFORMANCE OF THE EED PROCESS IN THE PRODUCTION OF POWDER MATERIAL OF THEIR WASTE STEEL X13
Abstract. The article presents graphs of the dependence of the mass of the obtained powder on the electrical parameters of the installation for producing nanodisperse powders from conductive materials. The directly proportional dependences of the mass of the obtained powder on the pulse repetition frequency and the mass of the obtained powder on the voltage at the electrodes are experimentally established. A directly proportional dependence of the mass of the resulting powder on the capacitance of the discharge capacitors in the range up to 48 UF is also established. A further increase in the capacity of the discharge capacitors leads to a decrease in the powder formation process.
Keywords: X13 steel waste, performance of the EED process, electroerosive dispersion.
