CC BY
42
Valentina Konstantinovna Narva, Kand.Tech.Sci, professor, (e-mail: [email protected])
National University of Science and Technology «MISIS», Moscow, Russia Ghanna Vladimirovna Eremeeva, Doc.Tech.Sci, associate professor (e-mail: [email protected])
National University of Science and Technology «MISIS», Moscow, Russia Guzel Harryasovna Sharipzyanova Kand.Tech.Sci, associate professor (e-mail: [email protected])
Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI) « University of Mechanical Engineering», Moscow, Russia
Nikolay Mihaylovich Nitkin, Kand.Tech.Sci, associate professor (e-mail: [email protected])
Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI) « University of Mechanical Engineering», Moscow, Russia
Yulia Surenovna Ter-Vaganyants, teacher (e-mail: [email protected])
Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI) « University of Mechanical Engineering», Moscow, Russia
Ekaterina Vasilievna Apostolova , undergraduate (e-mail: [email protected])
National University of Science and Technology «MISIS», Moscow, Russia Nikolay Pavlovich Korobov, undergraduate (e-mail: [email protected])
National University of Science and Technology «MISIS», Moscow, Russia
RESEARCHING OF THE SINTERING POWDER ALLOYED STEELS PROCESS WITH NANO-ADDITIVE S AND THE METAL OXIDE COMPONENTS Abstract. This article describes one possible option of reducing the porosity of powder steels due to the activation of sintering process for the introduction of nanosized metal and oxide components.
Keywords: powder teels, nano-additives, porosity, sintering.
ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ ИЗ ТОКОПРОВОДЯЩИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ДИСПЕРГИРОВАНИЯ Новиков Евгений Петрович, аспирант (e-mail: [email protected]) Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
Рассмотрены исторические аспекты метода электроэрозионного диспергирования от момента появления до настоящего времени. Показана перспективность использования данного метода в промышленности.
Ключевые слова: отходы производства, электроэрозионное диспергирование, порошок.
Интенсивное использование электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) в настоящее время обусловлено современными тенденциями разви-
тия, характерными для отечественного машиностроения. Перед машиностроением стоит задача интенсификации производственных процессов изготовления продукции, при этом выпускаемая продукция должна удовлетворять самым высоким требованиям качества и экологической безопасности. Высокая гибкость и технологичность методов ЭЭД позволяет успешно решить эти задачи.
В конце XVIII века английским ученым Джоном Пристли было описано явление эрозии металлов под действием электрического тока. Было замечено, что при разрыве электрической цепи в месте разрыва возникает искра или более продолжительная электрическая дуга. Причем искра (или дуга) оказывает сильное разрушительное воздействие на контакты разрываемой цепи, называемое электрической эрозией. Электрической эрозии подвержены контакты реле, выключателей, рубильников и других подобных устройств. Разрушение контактов под действием электрической эрозии - очень вредное явление. Много исследований было посвящено устранению или хотя бы уменьшению такого разрушения контактов. Электрическое разрушение металла наблюдал академик В.В. Петров в его известных опытах с электрической дугой. В работах Фарадея также описывается явление разрушения металла при электрическом разряде. В конце XIX и начале XX веков был опубликован ряд работ, специально посвященных электрическому разрушению металлов. Из них особое внимание заслуживает работа Бенедикса, в которой приводятся фотографии лунок в железе [1].
Во второй половине XX века к электрической эрозии возник особый практический интерес, с одной стороны, в связи с широким внедрением контактных реле, с другой - в связи с изобретением в СССР Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко и независимо от них В.Н. Гусевым электроэрозионных методов обработки металлов, получивших широкое распространение и активно применяемых в наше время [1].
Поместив электроды в жидкий диэлектрик и размыкая электрическую цепь, Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко заметили, что жидкость мутнела уже после первых разрядов между контактами. Они установили: это происходит потому, что в жидкости появляются мельчайшие металлические шарики, которые возникают вследствие электрической эрозии электродов. Ученые решили усилить эффект разрушения и попробовали применить электрические разряды для равномерного удаления металла. С этой целью они поместили электроды (инструмент и заготовку) в жидкий диэлектрик, который охлаждал расплавленные частицы металла и не позволял им оседать на противолежащий электрод. В качестве генератора импульсов использовалась батарея конденсаторов, заряжаемых от источника постоянного тока; время зарядки конденсаторов регулировали реостатом. Так появилась первая в мире электроэрозионная установка. Электрод-инструмент перемещали к заготовке. По мере их сближения возрастала напряженность поля в межэлектродном промежутке. При достижении определенной на-
пряженности поля на участке с минимальным расстоянием между поверхностями электродов, измеряемым по перпендикуляру к обрабатываемой поверхности и называемым минимальным межэлектродным зазором, возникал электрический разряд (протекал импульс) тока, под действием которого происходило разрушение участка заготовки. Продукты обработки попадали в диэлектрическую жидкость, где охлаждались, не достигая электрода-инструмента, и затем осаждались на дно ванны. Через некоторое время электрод-инструмент прошил пластину [2].
Так, явление, считавшееся вредным, было применено для размерной обработки материалов. Изобретение электроэрозионной обработки (ЭЭО) имело выдающееся значение. К традиционным способам формообразования (резанию, литью, обработке давлением) прибавился совершенно новый, в котором непосредственно использовались электрические процессы [1].
В 1943 г. Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко предложили использовать эффект электрической эрозии для получения высокодисперсных порошков. Несмотря на достаточно высокую производительность порошкообра-зования, дисперсность порошка, возможности регулирования гранулометрического состава и степени охлаждения, а также на относительно невысокие энергетические затраты и экологическую чистоту процесса, в отличие от других способов получения порошка из отходов твердых сплавов, способ получения металлического порошка методом электроэрозионного диспергирования не нашёл широкого применения в промышленности. Это связано с недостаточной изученностью строения и свойств порошков, а также закономерностей процессов порошкообразования при электроэрозионном диспергировании отходов твердых сплавов [1].
В том же году Б.Р. Лазаренко получил приоритет на изобретение и защитил кандидатскую диссертацию на тему «Инверсия электрической эрозии металлов и методы борьбы от разрушения контактов»[3].
Большой объем экспериментальных и теоретических исследований, направленных на исследование электрической эрозии материалов выполнен Б.Н. Золотых, обобщенный им в докторской диссертации «Основные вопросы электрической эрозии в импульсном разряде в жидкой диэлектрической среде» (М.: МЭИМ, 1968). В настоящее время работы в этом направлении ведут А. Д. Верхотуров, Т.Б. Ершова с соратниками и другие [3].
Высокая культура научного мышления и методологический подход Г.В. Самсонова позволили ему в короткий срок создать основы электродного материаловедения для ЭЭО. Первый феномен Самсонова - за короткий период своей жизни (57 лет, из них 7 лет военной службы) он выпустил более 1000 научных статей, более 40 монографий, подготовил более 100 кандидатов и 40 докторов наук. Одновременно он сотрудничал с многочисленными организациями, встречался и работал со многими крупными учёными мира [4].
В работах Б.Н. Золотых предпринималась попытка установить связь эро-
зии с теплофизическими константами материала. Было установлено, что величина эрозии имеет тенденцию к снижению по мере роста "полной теплоты плавления массы металла, подвергшейся эрозии", а также температуры плавления. Однако Б.Н. Золотых сделал вывод, что однозначная функциональная связь "между величиной эрозии и какой-либо одной теплофи-зической константой материала электрода невозможна, так как величина эрозии зависит не от одной теплофизической характеристики материала, не от одного вида фазовых превращений, а от комплекса величин и процессов" [4].
Можно полагать, что анализ литературных данных позволил Г.В. Сам-сонову сделать следующие обобщающие выводы:
- электрическая эрозия материала электродов при импульсных разрядах имеет "тепловую природу";
- удаление материала из электродов происходит в жидкой и паровой фазах;
- эрозионная стойкость материала электродов определяется комплексом их теплофизических свойств;
- механические свойства не оказывают существенного влияния на эрозию материала;
- наиболее привлекательным критерием эрозионной стойкости является критерий Палатника.
Эрозионностойкими могут быть материалы с высокой температурой плавления и высокой теплопроводностью - композиты на основе тугоплавких соединений. Это была рабочая гипотеза Г.В. Самсонова [4].
Г.В. Самсонов полагал, что можно уверенно говорить о прямой зависимости эрозии от особенностей электронного строения материала при устранении влияния второго электрода, то есть зависимости процесса эрозии и от других концентрированных потоков энергии (лазерной, электроннолучевой обработки). Что и было экспериментально подтверждено [4].
Под руководством Г.В. Самсонова и Б.Р. Лазаренко и в результате совместных обсуждений экспериментальных исследований был сформулирован ряд выводов и обобщений, которые послужили основой создания нового научного направления - электродного материаловедения для ЭЭО, которые были опубликованы уже в конце жизни Г.В. Самсонова, Б.Р. и Н.И. Лазаренко[4].
Таким образом, на базе трудов и результатов научной деятельности Г.В. Самсонова с его системным и методологическим подходом, его друга и соратника Б.Р. Лазаренко было обосновано новое научное направление -"Электродное материаловедение для ЭЭО" [4].
С каждым годом увеличивается количество ученых, которые занимаются исследованиями в данной области. Это обусловлено тем, что наиболее перспективным методом получения порошка, практически из любого то-копроводящего материала, является метод электроэрозионного дисперги-
рования (ЭЭД), отличающийся относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса [5-13].
В 2010 году Агеев Е.В., Семенихин Б. А., Латыпов Р. А. и Аниканов В.И., получили приоритет на изобретение «Установка для получения на-нодисперсных порошков из токопроводящих материалов», а в 2012 году был получен патент [14].
Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводя-щих материалов содержит реактор электроэрозионного диспергирования для загружаемых в него токопроводящих материалов, регулятор напряжения и генератор импульсов. Генератор импульсов собран по однозвенной схеме с резонансным зарядом рабочего емкостного накопителя от источника постоянного напряжения и содержит силовой блок и блок управления. Причем силовой блок состоит из однофазного выпрямителя, выход которого соединен с опорной батареей конденсаторов, выход которых соединен с зарядным тиристорным коммутатором, выход которого соединен с рабочим накопителем, соединенным с разрядным тиристорным коммутатором и далее с нагрузкой в виде межэлектродного промежутка. Блок управления состоит из персонального компьютера, используемого в качестве задающего генератора, выходы с которого соединены с выходными формирователями сигналов управления зарядным и разрядным тиристор-ными коммутаторами. Технический результат заключается в уменьшении дисперсности порошков за счет возможности более точного регулирования параметров импульсов тока [14].
В 2014 г в Юго-Западном государственном университете открылся научно-образовательный центр «Порошковая металлургия и функциональные покрытия» под руководством профессора, доктора технических наук Агеева Е.В. В научно-образовательном центре занимаются получением на-нопорошков из различных токопроводящих материалов (твердый сплав, шарикоподшипниковая сталь, алюминий, медь и др.). В частности, ниже представлены исследования порошка, полученного электроэрозионным диспергированием отходов алюминия в дистиллированной воде (рисунок 1 и 2).
Для получения алюминиевого порошка методом электроэрозионного диспергирования использовали алюминиевую проволоку ГОСТ 14838-78, предварительно нарезанную по 5-7 см. Проволоку загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью - дистиллированной водой [15-19]. Процесс проводили при следующих электрических параметрах: емкость разрядных конденсаторов 65 мкФ, напряжение 100 В, частота импульсов 100 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала с образованием дисперсных частиц порошка.
Рисунок 1 - Снимок алюминиевого порошка
С целью изучения формы и морфологии частиц порошка алюминия, полученного методом электроэрозионного диспергирования отходов, были сделаны снимки на растровом (сканирующем) электронном микроскопе
Рисунок 2 - Снимок с РЭМ частиц порошка алюминия
На рисунке 2 показано, что порошок, полученный методом электроэрозионного диспергирования из отходов алюминия, состоит из частиц правильной сферической формы (или эллиптической), неправильной формы (конгломератов) и осколочной формы.
Следует отметить, что история развития метода ЭЭД показывает, что работы в данном направлении определяются решением важной народнохозяйственной проблемы создания прогрессивных, экологически чистых, энергосберегающих и безотходных технологий получения порошков и их практического применения, входящей в Перечень критических технологий
и Приоритетные направления развития науки, технологий и техники Российской Федерации [3].
Таким образом, можно сделать вывод, что наряду со своим большим списком достоинств над другими методами получения порошков, в том числе и нанопорошков, метод электроэрозионного диспергирования является еще не до конца изученным, поэтому он не находит широкого применения в промышленности в настоящее время. Но можно с уверенностью сказать, что перспективы данного метода очень большие и будущее за ним.
Список литературы
1. Агеев Е.В. Состав и свойства порошков, полученных элек-троэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов: монография / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов, Б.А. Семенихин, Е.В. Агеева. - Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2011. - 123 с.
2. Агеев Е. В. Состав и свойства медных порошков, полученных электроэрозионным диспергированием: монография / Е.В. Агеев, Е.В. Агеева, Н.М. Хорьякова; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2014. - 136 с.
3. Агеев Е.В. Получение и исследование порошков из отходов вольфрамсодержа-щих твердых сплавов электроэрозионным диспергированием: монография / Е.В.Агеев, Р.А.Латыпов, Е.В.Агеева; А.А.Давыдов. Из-во ИП Горохов А. А., Курск, 2013. - 200 с.
4. Верхотуров А.Д. К вопросу создания нового научного направления в области электроэрозионной обработки - электродного материалловедения / Подчерняева И. А., Иванов В.И., Коневцов Л.А. // Электронная обработка материалов, 2010. - № 5. - С. 145-155.
5. Кругляков О.В. Микроанализ твердосплавных электроэрозионных порошков и спеченного из них сплава / О.В. Кругляков, С.В. Хардиков, Е.В. Агеев // Техника и технологии: пути инновационного развития: сб. тр. 4-ой Междунар. науч.-практ. конф. - Курск, 2014. - С. 176-179.
6. Кругляков О.В. Исследование микротвердости покрытий, полученных с использованием вольфрамсодержащих электроэрозионных порошков / О.В. Кругляков, А.Д. Сытченко, С.В. Хардиков, Е.В. Агеева // Техника и технологии: пути инновационного развития: сб. тр. 4-ой Междунар. науч.-практ. конф. - Курск, 2014. - С. 173-176.
7. Новиков Е.П. Изучение формы и морфологии порошка, полученного из отходов алюминия методом электроэрозионного диспергирования / Е.П. Новиков, Е.В. Агеева, Д.А. Чумак-Жунь // Известия ЮЗГУ. Серия: техника и технологии. - 2015. - №4 (17). -С. 13-17.
8. Агеева Е. В. Исследование гранулометрического состава частиц порошковой шарикоподшипниковой стали, полученной электроэрозионным диспергированием / Е. В. Агеева, Е.В. Агеев, С.В. Хардиков, П.В. Чаплыгин // Известия ЮЗГУ. Серия: Техника и технологии. - 2014. - №4. - С. 23-28.
9. Новиков Е. П. К вопросу о переработке алюминиевых отходов электроэрозионным диспергированием / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев, А.Д. Сытченко // Современные материалы, техника и технологии: науч.- практ. журнал №1. - Курск: ЮЗГУ. - 2015. - С. 168-173.
10. Агеева Е.В. Проведение рентгеноспектрального микроанализа порошка шарикоподшипниковой стали /Агеева Е. В., С. В. Хардиков, Агеев Е. В. // Известия ЮЗГУ. Серия: Техника и технологии. - 2015. - № 2. - С. 17-20.
11. Латыпов Р.А. Перспективы применения шарикоподшипниковой стали при восстановлении и упрочнении деталей автомобилей / Р.А. Латыпов, Е.В. Агеев, С.В. Хардиков // Современные автомобильные материалы и технологии: сб. ст. VI Междунар. науч.-техн. конф. - Курск, 2014. - С. 82-91.
12. Новиков Е. П. Методы переработки алюминиевых отходов автомобильного про-
изводства / Е.П. Новиков // Будущее науки - 2015 : сб. науч. статей 3-й Межд. науч.-практ. конф. в 2 томах (Том 2). - Курск: ЮЗГУ. - 2015. - С. 287-293.
13. Агеев Е.В. Исследование фазового состава электроэрозионного нихрома / Е.В. Агеев, А.В. Щербаков, С.В. Хардиков, Г.Р. Латыпова // Международный научный журнал. - 2015. - №2. - С. 81-86.
14. Пат. 2449859, Российская Федерация, C2, B22F9/14. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов / Агеев Е.В.; заявитель и патентообладатель Юго-Западный государственный университет. - № 2010104316/02; заяв. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012. - 4 с.
15. Новиков Е.П. Технология переработки алюминиевых деталей автомобилей до микро и нанофракций / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев, А.Ю. Алтухов // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: сб. науч. трудов по материалам ежегод. конф. Выпуск 2. - Воронеж. - 2015. - С. 328-333.
16. Новиков Е. П. Рентгеноспектральный анализ порошка алюминия полученного методом ЭЭД / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев// Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ- 2015): сб. статей VII Межд. науч.-техн. конф.- Курск: ЮЗГУ -2015. - С. 149-153.
17. Новиков Е.П. Получение гидроксида алюминия методом электроэрозионного диспергирования / Е.П. Новиков, С.В. Пикалов, Е.В. Агеев //Инновации в металлообработке: взгляд молодых специалистов: сб. науч. тр. Межд. науч.-техн. конф. - Курск: ЮЗГУ - 2015. - С. 35-38.
18. Новиков Е. П. Исследование гранулометрического состава алюминиевого порошка / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев //Инновации в металлообработке: взгляд молодых специалистов: сб. науч. тр. Межд. науч.-техн. конф. - Курск: ЮЗГУ. - 2015. - С. 252256.
19. Новиков Е.П. Рентгеноспектральный анализ порошка алюминия / Е.П. Новиков, Е.В. Агеев // Инновации в металлообработке: взгляд молодых специалистов: сб. науч. тр. Межд. науч.-техн. конф. - Курск: ЮЗГУ. - 2015. - С. 256-261.
20. Восстановление и упрочнение деталей автомобилей/ Новиков А.Н., Стратулат М.П., Севостьянов А. Л.// Учебное пособие / Орел, 2006.
21. Окраска автомобилей при ремонте/ Новиков А.Н., Бодров А.С.// Монография / Орел, 2008.
22. Модульная технология как средство повышения качества обучения в вузе/ Новиков А.Н., Букалова Г.В.// Стандарты и мониторинг в образовании. 2001. № 2. С. 39.
23. Совершенствование дорожной сети для повышения их пропускной способности с использованием средств транспортной телематики/ Новиков А.Н., Голенков В. А., Баранов Ю.Н., Катунин А.А., Бодров А.С.// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. № 6. С. 128-139.
Novikov Evgeniy Petrovich, graduate student
(e-mail: [email protected])
Southwest state university, Kursk, Russia
HISTORICAL ASPECTS OBTAIN A POWDER OF A CONDUCTIVE WASTE PRODUCTION BY ELECTROEROSION DISPERSION
Abstract. Considers the historical aspects of the method of electroerosion dispersion from the moment of occurrence up to the present time. The prospects of using this method in industry.
Keywords: production wastes, electroerosion dispersion, powder.
