CC BY
0
Металлургия и материаловедение
УДК 621.762
РАЗМЕР ЗЕРНА ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА, ИЗГОТОВЛЕННОГО ИЗ НИКЕЛЕВОГО ПОРОШКА, ПОЛУЧЕННОГО ЭЛЕКТРОДИСПЕРГИРОВАНИЕМ СПЛАВА ЖС6У В ВОДЕ* Агеев Евгений Викторович, д.т.н., профессор Кругляков Олег Викторович, к.т.н., доцент Поданов Вадим Олегович, аспирант E-mail: ageev_ev@mail.ru Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
Представлены результаты исследования размера зерна жаропрочного сплава, изготовленного из никелевого порошка, полученного электродиспергированием сплава ЖС6У в воде. Экспериментально установлено, что новые жаропрочные сплавы, полученные искровым плазменным спеканием электроэрозионной шихты, имеют размер зерна порядка 0,45 мкм. Проведенные металлографические исследования позволят расширить сферы практического применения порошковых материалов, получаемых из ме-таллоотходов сплава ЖС6У.
*Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ (НШ-596.2022.4).
Ключевые слова: отходы жаропрочного сплава ЖС6У, электроэрозионное диспергирование, вода, порошок, искровое плазменное спекание, размер зерна.
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 расширения сферы практического применения порошковых материалов, получаемых из металлоотходов сплава ЖС6У, требуется проведение металлографических исследований.
Целью настоящей работы являлось проведение исследования размера зерна жаропрочного сплава, изготовленного из никелевого порошка, полученного электродиспергированием сплава ЖС6У в воде.
В основу работы положена задача получения жаропрочного никелевого сплава с улучшенными физико-механическими свойствами и низкой себестоимостью.
Поставленная задача решается тем, что упомянутый сплав получаются в результате искрового плазменного спекания никелевых порошков, получаемых электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в дистиллированной воде.
Процесс электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами [10-14].
Регулируя электрические параметры установки для электроэрозионного диспергирования (ЭЭД), можно получать за определенные промежутки времени нужное количество порошка заданных размеров и качества. Получаемые электроэрозионным способом порошковые материалы имеют в основном сферическую форму частиц [15-19].
Для получения никелевого порошка использовали отходы жаропрочного сплава марки ЖС6У, которые измельчали методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде на установке (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22Б 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13). 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 [20-26].
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. Блок-схема методики искрового плазменнного спекания электроэрозионной шихты представлена на рисунке 1.
Размер зерна в сплавах исследовали с помощью системы автоматизированного анализа изображений «SIMAGIS Photolab» и оптического инвертированного микроскопа «OLYMPUS GX51» (Япония).
Блок-схема методики исследования размера зерна и сплавов представлена на рисунке 2.
Размер зерна исследуемых сплавов, определенный с помощью системы автоматизированного анализа изображений «SIMAGIS Photolab» и оптиче-
ского инвертированного микроскопа «OLYMPUS GX51», представлен в таблице 1.
Таблица 1 - Размер зерна исследуемых сплавов
Исследуемый параметр Марка сплава
ЖС6У
Размер зерна, мкм 0,45 3,5
Примечание: В знаменателе представлены значения параметров промышленных сплавов.
Система искрового п.ш imciieioio c[[-(iiii.icmin SPS 25-10
^ijmi* чаче? \
Пр111Ш11ТШЛ.1М[ЗЯ
схема SfS-citHTeta
Общая схема natpcmi по методу
SPS
Рисунок 1 - Блок-схема методики искрового плазменного спекания
Экспериментально установлено, что новые жаропрочные сплавы, полученные искровым плазменным спеканием электроэрозионной шихты, имеют размер зерна порядка 0,45 мкм.
Мелкодисперсность жаропрочных сплавов объясняется высокой дисперсностью исходной электроэрозионной шихты и эффекта «подавления роста зерна» при искровом плазменном сплавлении за счет короткого времени рабочего цикла, высокого давления и равномерного распределения тепла по образцу при воздействии на него импульсного электрического тока и так называемого «эффекта плазмы искрового разряда».
Проведенные металлографические исследования позволят расширить сферы практического применения порошковых материалов, получаемых из металлоотходов сплава ЖС6У.
Г N
Программное обеспечение
51МАС15 РЬою1аЬ автоматически накладывает выделенные маски границ зерен, по результатам которых формируется отчет
Общая площадь анализа, кв.мм
Номер зерна средний
Номер наибольшего зерна
Средний размер зерна, мкм
Выгрузка отчета, содержащего сведения об общей площади анализа, среднего размера зерна
Рисунок 2 - Блок-схема методики исследования размера зерна сплавов
Список литературы
1. 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.
2. 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.
3. Еремин Е.Н., Филиппов Ю.О., Маталасова А.Е. Исследование карбидных фаз в сплаве ЖС6У // Омский научный вестник. 2014. № 3 (133). С. 59-63.
4. 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.
5. Получение и исследование порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов электроэрозионным диспергированием / Агеев Е.В., Латыпов Р. А., Агеева Е.В., Давыдов А. А. // Курск, 2013. 200 с.
6. Разработка установки для получения порошков из токопроводящих материалов / Агеев Е.В., Семенихин Б.А., Латыпов Р.А., Бобрышев Р.В. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11. № 5-2. С. 234-237.
7. Исследование влияния электрических параметров установки на процесс порошко-образования при электроэрозионном диспергировании отходов твердого сплава / Агеев Е.В., Семенихин Б.А., Латыпов Р.А. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11. № 5-2. С. 238-240.
8. Особенности технологии восстановления шеек коленчатых валов двигателей ка-маз-740 с использованием твердосплавных порошков / Агеев Е.В., Сальков М.Е. // Технология металлов. 2008. № 3. С. 41-46.
9. Изучение строения и свойств твердосплавных электроэрозионных порошков, используемых для восстановления и упрочнения деталей автотракторной техники / Агеев Е.В., Агеева Е.В., Давыдов А. А., Бондарев С. А., Новиков Е.П., Молодкин А.Ю. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 2. С. 69-72.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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. 4-11.
15. 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.
16. Сравнительный рентгеноспектральный микроанализ медного порошка, полученного электроэрозионным диспергированием, и медного порошка ПМС-1 / Латыпов Р.А., Агеев Е.В., Агеева Е.В., Хорьякова Н.М. // Электрометаллургия. 2017. № 4. С. 3639.
17. 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.
18. 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.
19. Электроэрозионные порошки микро- и нанометрических фракций для производства твердых сплавов / Латыпов Р.А., Агеева Е.В., Кругляков О.В., Латыпова Г.Р. // Электрометаллургия. 2016. № 1. С. 16-20.
20. Elemental composition of the powder particles produced by electric discharge dispersion of the wastes of a VK8 hard alloy / Latypov R.A., Latypova G.R., Ageev E.V., Altukhov A.Y., Ageeva E.V. // Russian Metallurgy (Metally). 2017. Т. 2017. № 12. С. 1083-1085.
21. Микроструктура и элементный состав порошков, полученных в условиях электроэрозионной металлургии отходов жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в воде / Агеев Е.В., Поданов В.О., Агеева А.Е. // Металлург. 2022. № 5. С. 72-77.
22. Элементный состав высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / Пикалов С.В., Агеева А.Е. // В сборнике: Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых. сборник научных статей 2-й Всероссийской научной конференции перспективных разработок. Курск, 2021. С. 115-118.
23. Микроструктура высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / Пикалов С. В., Агеева А. Е. // В сборнике: Актуальные вопросы науки, нанотехнологий, производства. сборник научных статей Международной научно-практической конференции. Курск, 2021. С. 207-210.
24. Фазовый состав высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / Пикалов С. В., Агеева А. Е. // В сборнике: Наука молодых - будущее России. сборник научных статей 6-й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых. Курск, 2021. С. 150-153.
25. Размерные характеристики частиц порошка, полученного электродиспергированием сплава Х20Н80 в керосине / Бобков Е.А., Агеева А.Е., Агеева Е.В. // В сборнике: Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении. Сборник научных статей 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Редколлегия: Разумов М.С. (отв. ред.). Курск, 2022. С. 3740.
26. Получение электрокорунда электродиспергированием алюминиевых отходов / Новиков Е.П., Поданов В.О., Агеева А.Е. // В сборнике: Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении. Сборник научных статей 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Редколлегия: Разумов М.С. (отв. ред.). Курск, 2022. С. 134-138.
Ageev Evgeny Viktorovich, Doctor of Technical Sciences, Professor
Kruglyakov Oleg Viktorovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
Podanov Vadim Olegovich, PhD student
E-mail: ageev_ev@mail.ru
Southwest State University, Kursk, Russia
GRAIN SIZE OF A HEAT-RESISTANT ALLOY MADE OF NICKEL POWDER OBTAINED BY ELECTRODISPERSING THE ALLOY ZHS6U IN WATER*
The results of a study of the grain size of a heat-resistant alloy made of nickel powder obtained by electrodispersing the alloy ZhS6U in water are presented. It has been experimentally established that new heat-resistant alloys obtained by spark plasma sintering of an
electroerosive charge have a grain size of about 0.45 microns. The metallographic studies carried out will expand the scope of practical application of powder materials obtained from metal waste of the ZhS6U alloy.
*The work was supported by a grant from the President of the Russian Federation (NSH-596.2022.4).
Key words: waste of heat-resistant alloy ZhS6U, electroerosive dispersion, water, powder, spark plasma sintering, grain size.
УДК 669.01
НАГЛЯДНАЯ МОДЕЛЬ ДИСЛОКАЦИИ И ЕЁ ПОВЕДЕНИЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ КРИСТАЛЛЕ Амосов Евгений Александрович, к.т.н., доцент (e-mail: amosov-ea@mail.ru) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
В данной статье предложена своеобразная наглядная модель кристалла, содержащего дислокации, отражающее эффект упрочнения кристалла за счёт взаимного торможения дислокациями друг друга при деформации металла.
Ключевые слова: наглядная модель, поведение дислокации, модель кристалла
Как известно, наглядное моделирование, например, в рамках обучения в средней и высшей школе, является достаточно эффективным приёмом при обучении различных технических дисциплин [1-6]. Кроме того, наглядное моделирование развивает у исследователя такой важный навык, как умение проводить аналогии между различными процессами, который часто помогает при решении разнообразных технических и научных задач.
Следует отметить также, что решение вопроса придания металлическому материалу набора необходимых служебных характеристик является подчас сложной задачей и требует применения нестандартного мышления и творческого подхода, и умение представлять структуру и свойства материала необычным образом может быть весьма продуктивным подходом, что и делает такой приём, как наглядное моделирование процесса, одним из способов продуктивного мышления, который может привести в итоге к решению поставленной перед материаловедом производственной задачи.
Рассмотрим следующую своеобразную наглядную модель металлического материала, в котором нет дислокаций. (рисунок 1).
Кристалл в предлагаемой модели уподоблен некоторой книге, имеющей достаточно толстый переплёт. В настоящей модели листы книги являются аналогом кристаллографических плоскостей, а обложка книги - аналогом оболочки металла, сообщающей образцу поверхностное натяжение (которое, как известно из литературы [9], является у металлов достаточно за-
