CC BY
15
УДК 621.762.27
СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ОТХОДОВ ШАРИКОПОДШИПНИКОВОЙ СТАЛИ МАРКИ ШХ15 МЕТОДОМ ЭЭД В ВОДЕ
ДИСТИЛЛИРОВАННОЙ Ивахненко Александр Геннадьевич, д.т.н., профессор (e-mail: ivakhnenko2002@mail.ru) Агеева Екатерина Владимировна, к.т.н., доцент (e-mail: ageevа-ev@yandex.ru) Куц Вадим Васильевич, д.т.н., профессор
(e-mail: kuc-vadim@yandex.ru) Хардиков Сергей Владимирович, аспирант Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия (e-mail: hardikov1990@mail.ru)
Представлены результаты исследования строения и свойств порошковых материалов, полученных из отходов шарикоподшипниковой стали марки ШХ15 методом ЭЭД в воде дистиллированной.
Ключевые слова: отходы шарикоподшипниковой стали, электроэрозионное диспергирование, порошок, свойства.
Шарикоподшипниковые стали нашли широкое применение в машиностроении. Из них изготавливают шарики, ролики и кольца подшипников качения. Эти детали в процессе работы испытывают высокие удельные знакопеременные нагрузки. В настоящее время существует несколько способов отходов шарикоподшипниковой стали. Все эти способы отличаются крупнотоннажностью, большими энергетическими затратами, экологическими проблемами. Особую актуальность приобретает поиск и разработка малоэнергоемких, ресурсосберегающих, экологически чистых и безотходных способов получения порошков [1].
Технология электроэрозионного диспергирования с целью получения порошковых материалов отличается относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса [2-10].
Главным преимуществом предложенной технологии является применение в качестве исходных материалов отходов, которое значительно дешевле чистых компонентов, используемых в традиционных технологиях. Кроме того, данная технология является порошковой, что позволяет порошки-сплавы.
Целью настоящей работы являлось исследование строения и свойств порошковых материалов, полученных из отходов шарикоподшипниковой стали марки ШХ15 методом ЭЭД в воде дистиллированной.
На рис. 1 показано распределение по размерам частиц порошковой шарикоподшипниковой стали, полученной из отходов.
too
90,
so|
i 7GJ
и ГГ бО-
*> 50^
№ 40f
*_J 2Ш
ю
oí
I"
О
5 10 50 100 500 1000 2000 Размер настал. ьоос
1 - интегральная кривая, 2 - гистограмма Рисунок 1 - Распределение по размерам частиц ШХ15, полученных в воде
дистиллированной
Таблица 1 - Распределение по размерам частиц порошкового материала
Размерность частиц ШХ15 в воде дистиллированной
D10 (10% частиц), мкм 0,871
D20 (20% частиц), мкм 1,601
D30 (30% частиц), мкм 2,534
D40 (40% частиц), мкм 4,573
D50 (50% частиц), мкм 7,433
D60 (60% частиц), мкм 11,483
D70 (70% частиц), мкм 22,938
D80 (80% частиц), мкм 42,903
D90 (90% частиц), мкм 55,395
d[4,3] Объемный средний диаметр, мкм 26,25
d[3,2] Средний диаметр по площади поверхности, мкм 2,55
d[3,0] Средний диаметр по отношению к объему, мкм 1,01
d[2,0] Средний диаметр по отношению к площади, мкм 0,63
d[1,0] средний диаметр по отношению к длине, мкм 0,51
Экспериментально установлены размерные характеристики порошковых материалов, полученных в воде дистиллированной: удельная площадь поверхности 36844,32 см2/см3; средний размер частиц 5,88 мкм; коэффициент элонгации (удлинения) частиц размером 2,16 мкм составляет 2,49.
В табл. 1 приведены результаты исследования распределения по размерам микрочастиц.
В табл. 1 приведены данные, которые следует читать как: D50 (50% частиц) - 30,653 мкм, то есть частиц, размером меньше или равно 30,653мкм в порошке содержится 50,0% от общего объема.
Форма частиц порошковых материалов и состояние их поверхности оказывает большое влияние на насыпную плотность и прессуемость, а также на плотность, прочность и однородность прессовок.
С целью изучения формы и морфологии частиц порошковых материалов, полученных методом ЭЭД из отходов шарикоподшипниковых сталей, были сделаны снимки на растровом электронном микроскопе Nova NanoSEM 450, которые представлены ниже (рис. 2).
£
<ъч
184.84nm и
т i II ь
Рисунок 2 - Электронно-микроскопическое изображение порошковых материалов ШХ15, полученных в воде дистиллированной
Форма частиц порошкового материала, полученного электроэрозионным диспергированием отходов шарикоподшипниковой стали, обусловлена тем, в каком виде материал выбрасывается из лунки в процессе ЭЭД. Экспериментально установлено, что порошковый материал, полученный методом ЭЭД из отходов шарикоподшипниковой стали, состоит из частиц правильной сферической формы (или эллиптической) и неправильной формы (конгломератов), которые образуются кристаллизацией расплавленного материала (жидкая фаза).
При ЭЭД частицы порошкового материала, выбрасываемые из канала разряда в жидком состоянии в рабочую жидкость, быстро кристаллизуются и закаливаются. После выхода из зоны разряда частицы порошка весьма часто сталкиваются между собой. Если в момент столкновения кристалли-
зация была полностью завершена, то на частицах остаются характерные следы от ударов и сетчатая поверхность.
Если имеется значительная разница температур столкнувшихся частиц, то происходит их слипание с образованием непрочных границ. Как правило, такое происходит при столкновении крупных частиц, образовавшихся из жидкой фазы, с мелкими частицами, образовавшимися из паровой фазы. Если нет существенной разницы температур частиц при столкновении, то могут образовываться конгломераты неправильных форм.
С целью выявления распределения элементов по поверхности частиц порошков, с помощью энерго-дисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы EDAX, встроенного в растровый электронный микроскоп Nova NanoSEM 450, был проведен рентгеноспектральный микроанализ, результаты которого представлены на рис. 3 и в табл. 2.
Таблица 2 - Рентгеноспектральный микроанализ порошкового материала _ШХ15, полученного в воде дистиллированной_
Элемент C O Si Cr Mn Fe Итого
Массовая доля, % 2,43 14,66 0,51 1,16 0,79 80,45 100,00
Атомарная доля, % 7,73 35,05 0,69 0,86 0,55 55,12 100,00
о
МП
Отпиши
|.и(| 2.С*) 3,0(1 3,00 й.["!() Т^ю Я.ОО
а ю|>| ни. тВ
Рисунок 3 - Элементный состав порошковых материалов ШХ15, полученных в воде дистиллированной
Экспериментально установлено, что порошковые материалы, полученные методом ЭЭД из отходов шарикоподшипниковых сталей, на поверхности содержат большую часть железа, хрома, кислорода и углерода. Видно, что диспергирование в разных рабочих жидкостях влияет на элементный состав порошка.
Свойства частиц порошка, от которых зависит область их применения, во многом определяются их структурой. Для исследования структуры частиц полученных порошков был проведен их рентгеноструктурный анализ на рентгеновском дифрактометре Rigaku Ultima IV.
Результаты рентгеноструктурного анализа порошков, полученных методом ЭЭД из отходов шарикоподшипниковых сталей, представлены ниже (рис. 4).
Экспериментально установлено, что диспергирование в дистиллированной воде способствует образованию в порошковом материале фазы Fe3O4, а диспергирование в осветительном керосине способствует образованию фазы Fe3C.
л
н и
о щ
ы Щ
(j К
(L»
Ё
33890 28890 23890 18890 13890 8890
3890 -1110
Сг
L_JiL.^-ud
20
40
60
Cr Fe
80
Рисунок 4 - Рентгенограмма порошкового материала ШХ15, полученного
в воде дистиллированной
Список литературы
1. Особенности термоциклической обработки стали ШХ15 / Жолдошов Б.М., Муратов В.С., Кенис М.С. // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 3. С. 29-32.
2. Исследование химического состава порошков, полученных из отходов твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования / Агеев Е.В., Агеева Е.В. // В сборнике: Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации, материалы IV Международной научно-технической конференции в 2-х частях. Ответственный редактор: Е.И. Яцун. 2006. С. 146-150.
3. 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.
4. Исследование производительности процесса получения порошков методом электроэрозионного диспергирования / Агеев Е.В., Семенихин Б.А., Агеева Е.В., Латыпов Р.А., Пивовар Н.А. // Известия Юго-Западного государственного университета.
2010. № 4 (33). С. 76-82.
5. Состав и свойства порошков, полученных из отходов твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) / Петридис А.В., Толкушев А. А., Агеев Е.В. // Технология металлов. 2005. № 6. С. 13-17.
6. 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.
7. Проведение рентгеноспектрального микроанализа твердосплавных электроэрозионных порошков / Агеев Е.В., Латыпова Г.Р., Давыдов А.А., Агеева Е.В. // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 5-2 (44). С. 099-102.
8. Использование твердосплавных электроэрозионных порошков для получения износостойких покрытий при восстановлении и упрочнении деталей машин и инструмента / Агеев Е.В., Давыдов А.А., Агеева Е.В., Бондарев А.С., Новиков Е.П. // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2013. № 1. С. 32-38.
9. Исследование физико-технологических свойств порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава / Агеев Е.В., Гадалов В.Н., Романенко Д.Н., Тригуб В.Б., Самойлов В.В., Агеева Е.В. // Фундаментальные исследования.
2011. № 12-2. С. 336-340.
10. Размерный анализ частиц порошка, полученного из вольфрамсодержащих отходов электроэрозионным диспергированием в воде / Агеева Е.В., Агеев Е.В., Карпенко В.Ю. // Вестник машиностроения. 2015. № 3. С. 45-46.
Ageeva Ekaterina Vladimirovna, candidate of technical Sciences, associate Professor Southwest state University, Kursk, Russia (E-mail: ageeva-ev@yandex.ru) Kuts Vadim Vasilyevich, doctor of technical Sciences, Professor Southwest state University, Kursk, Russia (E-mail: kuc-vadim@yandex.ru)
Ivakhnenko Alexander Gennadievich, doctor of technical Sciences, Professor Southwest state University, Kursk, Russia (E-mail: ivakhnenko2002@mail.ru)
Hardikov Sergey Vladimirovich, postgraduate student Southwest state University, Kursk, Russia (e-mail: hardikov1990@mail.ru)
STRUCTURE AND PROPERTIES OF POWDER MATERIALS OBTAINED FROM THE WASTES OF BALL-BEARING STEEL GRADE SHH15 METHOD AED IN WATER DISTILLED
Presents the results of research of structure and properties of powder materials obtained from the wastes of ball-bearing steel grade SHH15 method EED in distilled water. Key words: ball bearing steel wastes, electroerosion dispersion, powder, properties.
