CC BY
5
cycling tungsten-titanium-cobalt alloy waste and their reuse in the manufacture of cutting tools.
Key words: solid alloy waste T5K10, electroerosive dispersion, water, powder, X-ray research methods.
УДК 621.762
ПОДБОР ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ НИКЕЛЕВЫХ ПОРОШКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ В ВОДЕ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ПУТЕМ* Агеева Екатерина Владимировна, д.т.н., профессор Локтионова Оксана Геннадьевна, д.т.н., профессор Агеева Анна Евгеньевна, студент E-mail: ageev_ev@mail.ru Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия Воскобойников Дмитрий Викторович, к.т.н., доцент Курский автотехнический колледж, г.Курск, Россия
*Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ (НШ-
596.2022.4).
Представлены результаты мероприятий, направленных на подбор оптимальных режимов искрового плазменного спекания никелевых порошков, полученных в воде, экспериментальным путем для получения жаропрочного никелевого сплава с улучшенными физико-механическими свойствами без существенного увеличения затрат на его изготовление.
Ключевые слова: отходы жаропрочного сплава ЖС6У, электроэрозионное диспергирование, вода, порошок, искровое плазменное спекание, микроструктура.
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 [1-5].
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) [6-11].
Для разработки технологических рекомендаций по производству жаропрочного никелевого сплава с улучшенными физико-механическими свойствами без существенного увеличения затрат на его изготовление требуется проведение металлографических исследований.
Целью настоящей работы являлся подбор оптимальных режимов искрового плазменного спекания никелевых порошков, полученных в воде, экспериментальным путем для получения жаропрочного никелевого сплава с улучшенными физико-механическими свойствами без существенного увеличения затрат на его изготовление.
Материалы и методики
Для получения никелевого порошка использовали отходы жаропрочного сплава марки ЖС6У, которые измельчали методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде на экспериментальной запатентованной установке [12-17]. При диспергировании отходов ЖС6У использовали следующие параметры установки: напряжение на электродах 190...210 В; ёмкость конденсаторов 55...60 мкФ; частота следования импульсов 180...200 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение отходов сплава с образованием частиц жаропрочного никелевого порошка.
Результаты и их обсуждение
Подбор оптимальных режимов искрового плазменного спекания никелевых порошков, полученных в воде, для получения жаропрочного никелевого сплава с улучшенными физико-механическими свойствами без существенного увеличения затрат на их изготовление осуществляли экспериментальным путем. Микроструктуру сплавов исследовали на электронно-ионном сканирующем (растровом) микроскопе с полевой эмиссией электронов «QUANTA 600 FEG» (Нидерланды).
Опыт 1 (сплав 1). Спекание жаропрочного никелевого порошка осуществляли в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при температуре Т = 1200 °С, давлении Р = 30 МПа и времени выдержки t = 5 мин. При данных режимах консолидации частиц порошка не произошло, и он не спекся (рис. 1).
Опыт 2 (сплав 2). Спекание жаропрочного никелевого порошка осуществляли в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при температуре Т = 1400 °С, давлении Р = 50 МПа и времени выдержки t = 15 мин. При данных режимах в плаве имелись раковины и поры (рис. 2).
Рис. 2. Микроструктура сплава 2
Опыт 3 (сплав 3). Спекание жаропрочного никелевого порошка осуществляли в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при температуре Т = 1300 °С, давлении Р = 40 МПа и времени выдержки t = 10 мин. (рис. 3).
Анализ микроструктуры сплава 3, показал, что он имеет мелкозернистое строение, без включений, равномерное распределение фаз и отсутствие значительных пор, трещин и несплошностей. Заключение
Проведенные исследования показали, что искровым плазменным спеканием никелевых порошков, получаемых электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в воде дистиллированной, имеется возможность получения беспористого жаропрочного сплава с равномерным распределением легирующих элементов.
Список литературы
1. Исследование структуры сплава ЖС6У методом атомно-силовой микроскопии / Ерёмин Е.Н., Филиппов Ю.О., Давлеткильдеев Н.А., Миннеханов Г.Н. // Омский научный вестник. 2011. № 1 (97). С. 24-29.
2. Кинетика образования интерметаллида на основе №3А1 в жаропрочном никелевом сплаве ЖС6У / Курихина Т.В. // Технология машиностроения. 2017. № 1. С. 5-8.
3. Ремонт деталей горячего тракта газотурбинного двигателя из жаропрочного никелевого сплава марки ЖС6У / Добрынин Д. А., Алексеева М.С., Афанасьев-Ходыкин АН. // Труды ВИАМ. 2021. № 5 (99). С. 3-13.
4. Исследование производительности обработки жаропрочной стали ЖС6У керамическими пластинами / Михайленко С.В., Настольная В.В., Бородихин А.С., Голубь Р.С. // Актуальные научные исследования в современном мире. 2020. № 121 (68). С. 128-131.
5. Изменение плотности сплава ЖС6У в процессе эксплуатации / Быков Ю.Г., Логунов А.В., Разумовский И.М., Фролов В.С. // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. № 7 (625). С. 29-32.
6. Определение основных закономерностей процесса получения порошков методом электроэрозионного диспергирования / Агеев Е.В., Агеева Е.В., Чернов А.С., Маслов Г.С., Паршина Е.И. // Известия Юго-Западного государственного университета. 2013. № 1 (46). С. 085-090.
7. Изучение формы и элементного состава порошка, полученного из вольфрамсодержащих 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.
8. 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.
9. Элементный состав высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / Пикалов С.В., Агеева А.Е. // Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых: сборник научных статей 2-й Всероссийской научной конференции перспективных разработок. Курск, 2021. С. 115-118.
10. Микроструктура высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / Пикалов С.В., Агеева А.Е. // Актуальные вопросы науки, нанотехнологий, производства: сборник научных статей Международной научно-практической конференции. Курск, 2021. С. 207-210.
11. Фазовый состав высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / Пикалов С.В., Агеева А.Е. // Наука молодых - будущее России: сборник научных статей 6-й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых. Курск, 2021. С. 150-153.
12. Размерные характеристики частиц порошка, полученного электродиспергированием сплава Х20Н80 в керосине / Бобков Е.А., Агеева А.Е., Агеева Е.В. // Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении: сборник научных статей 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Курск, 2022. С. 37-40.
13. Получение электрокорунда электродиспергированием алюминиевых отходов / Новиков Е.П., Поданов В.О., Агеева А.Е. // Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении: сборник научных статей 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Курск, 2022. С. 134-138.
14. 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.
15. Физико-механический подход к анализу процессов вытяжки с утонением цилиндрических изделий с прогнозированием деформационной повреждаемости материала / Журавлев Г.М., Сергеев Н.Н., Гвоздев А.Е., Сергеев А.Н., Агеева Е.В., Малий Д.В. // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 4 (67). С. 39-56.
16. Структура и свойства спеченных образцов из электроэрозионных хромсодержащих порошков, полученных в бутиловом спирте / Агеева Е.В., Хардиков С.В., Агеева А.Е. // Современные материалы, техника и технологии. 2021. № 6 (39). С. 4-11.
17. 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). С. 58-64.
Ageeva Ekaterina Vladimirovna, Doctor of Technical Sciences, Professor Loktionova Oksana Gennadievna, Doctor of Technical Sciences, Professor Ageeva Anna Evgenievna, student E-mail: ageeva-ev@yandex.ru Southwest State University, Kursk, Russia
Voskoboynikov Dmitry Viktorovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Kursk Automotive Engineering College, Kursk, Russia
SELECTION OF OPTIMAL MODES OF SPARK PLASMA SINTERING OF NICKEL POWDERS OBTAINED IN WATER BY EXPERIMENTAL MEANS*
*The work was supported by a grant from the President of the Russian Federation (NSH-596.2022.4).
The results of measures aimed at selecting the optimal modes of spark plasma sintering of nickel powders obtained in water by experimental means to obtain a heat-resistant nickel alloy with improved physical and mechanical properties without significantly increasing the cost of its manufacture are presented.
Key words: waste of heat-resistant alloy ZhS6U, electroerosive dispersion, water, powder, spark plasma sintering, microstructure.
