techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2024-14-2-45-54techusgu-255Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEСтруктура и свойства сплавов на основе электроэрозионного порошка латуни ЛС58-3, полученного в воде дистиллированнойStructure and properties of alloys based on electroerosive brass powder LS58-3 obtained in distilled waterhttps://orcid.org/0000-0001-8457-6565АгееваЕ. В.AgeevaE. V.

Екатерина Владимировна Агеева, доктор технических наук, доцент, профессор

кафедра технологии материалов и транспорта

305040; ул. 50 лет Октября, д. 94; Курск

Ekaterina V. Ageeva, Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Professorof the Department

Department of Technology of Materials and Transport

305040; 50 let Oktyabrya Str. 94; Kursk

ageeva-ev@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0434-6629АболмасоваЛ. С.AbolmasovaL. S.

Лилия Сергеевна Аболмасова, аспирант

кафедра технологии материалов и транспорта

305040; ул. 50 лет Октября, д. 94; Курск

Liliya S. Abolmasova, Post-Graduate Student

Department of Materials and Transport Technology

305040; 50 let Oktyabrya Str. 94; Kursk

lili4695@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8460-3364ПереверзевА. С.PereverzevA. S.

Антон Сергеевич Переверзев, кандидат технических наук, доцент

кафедра технологии материалов и транспорта

305040; ул. 50 лет Октября, д. 94; Курск

Researcher ID C-4041-2019

Anton S. Pereverzev, Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor

Department of Materials and Transport Technology

305040; 50 let Oktyabrya Str. 94; Kursk

Researcher ID C-4041-2019

chaser-93@yandex.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation2024010720241424554Copyright © Агеева Е.В., Аболмасова Л.С., Переверзев А.С., 20242024Агеева Е.В., Аболмасова Л.С., Переверзев А.С.Ageeva E.V., Abolmasova L.S., Pereverzev A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/255

   Целью настоящей работы являлось изучение микроструктуры и физико-механических свойств заготовок сплавов на основе электроэрозионной порошковой латуни марки ЛС58-3, полученной в воде дистиллированной. Данное исследование позволит проанализировать использование данного сплава в применении деталей на трение, например, для подшипников скольжения.

   Методы

   Методы. Для выполнения намеченных исследований были выбраны отходы сплава ЛС58-3. В качестве рабочей жидкости применялась вода дистиллированная. На экспериментальной запатентованной установке для получения порошков диспергировали отходы сплава ЛС58-3 в воде дистиллированной при массе загрузки 300 г. При этом использовали следующие режимы: ёмкость конденсаторов 45–65 мкФ; напряжение на электродах от 150–200 В; частота следования импульсов 50–100 Гц. Получение заготовок новых сплавов производили на установке электроискрового плазменного спекания SPS 25-10 (ThermalTechnology, США). Исследование микроструктуры заготовок новых сплавов проводили на электронно-ионном сканирующем (растровом) микроскопе QUANTA 600 FEG (Нидерланды). Исследование пористости заготовок новых сплавов проводили на оптическом инвертированном микроскопе OLYMPUS GX51 (Япония). Исследование микротвердости заготовок новых сплавов проводили на автоматизированном микротвердомере AFFRI DM-8 (по Виккерсу).

   Результаты

   Результаты. Анализ микроструктуры показал, что образец имеет мелкозернистую структуру, поверхность однородная. Согласно полученным результатам анализа пористости образец имеет менее 1 % пор, что достигается благодаря технологии искрового плазменного спекания порошка. Также показан значительный рост микротвердости, что объясняется образованием высокотвердых микрочастиц порошка при закалке паров металла в рабочей жидкости во время диспергирования отходов.

   Заключение

   Заключение. Использование технологии искрового плазменного спекания электроэрозионной латуни позволяет получить заготовки новых сплавов с практически беспористой структурой, что приводит к увеличению твердости полученных заготовок. Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать к использованию полученный порошок в качестве исходного сырья для получения заготовок сплавов и расширить область их практического применения.

   The purpose of this work was to study the microstructure and physico-mechanical properties of alloy blanks based on electroerosive powder brass of the LS58-3 brand obtained in distilled water.

   Methods

   Methods. To carry out the planned research, waste of the LS58-3 alloy was selected. Distilled water was used as the working fluid. In an experimental patented installation for producing powders, waste LS58-3 alloy was dispersed in distilled water with a load mass of 300 g. The following modes were used: capacitor capacity 45–65 μF; voltage at the electrodes from 150–200 V; pulse repetition rate 50–100 Hz. The preparation of new alloy blanks was carried out using an SPS 25-10 electric spark plasma sintering installation (ThermalTechnology, USA). The microstructure of new alloy workpieces was studied using an electron-ion scanning (raster) microscope QUANTA 600 FEG (Netherlands). The study of the porosity of workpieces of new alloys was carried out using an optical inverted microscope OLYMPUS GX51 (Japan). The study of microhardness of workpieces of new alloys was carried out using an automated microhardness tester AFFRI DM-8 (Vickers).

   Results

   Results. Analysis of the microstructure showed that the sample has a fine-grained structure and a homogeneous surface. According to the obtained porosity analysis results, the sample has less than 1% pores, which is achieved thanks to the technology of spark plasma sintering of the powder. Analysis of the microhardness of the sample showed a significant increase in microhardness, which is explained by the presence of high-hard particles formed during quenching of metal vapor in the working fluid during dispersion.

   Conclusion

   Conclusion. The use of spark plasma sintering technology for electroerosive brass makes it possible to obtain blanks of new alloys with a practically non-porous structure, which leads to an increase in the hardness of the resulting blanks. The results of the conducted studies make it possible to recommend the use of the resulting powder as a starting material for the production of alloy blanks and to expand the scope of their practical application.

латуньэлектроэрозионное диспергированиеметаллоотходысплавыпорошокbrasselectroerosive dispersionmetal wastealloypowderReferencesИсследование свойств порошков на медной и никелевой основе для получения градиентных материалов методом селективного лазерного плавления / А. А. Вознесенская, Д. А. Кочуев, А. С. Разносчиков, А. В. Киреев, К. С. Хорьков // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2020. Т. 84, № 3. С. 439–442. doi: 10.31857/S0367676520030291. EDN: LBBPONVoznesenskaya A.A., Kochuev D.A., Raznoschikov A.S., Kireev A.V., Hor'kov K.S. Investigation of the properties of copper and nickel-based powders for the production of gradient materials by selective laser melting. Izvestiya Rossijskoj akademii nauk. Seriya fizicheskaya = Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics. 2020;84(3):439–442. (In Russ.) doi: 10.31857/S0367676520030291 EDN: LBBPONСевостьянов Н. В., Бурковская Н. П., Бузник В. М. Антифрикционный композиционный материал на медной основе с графитом, изготовленный SPS-методом // Конструкции из композиционных материалов. 2019. № 2(154). С. 37–44. EDN: ZIMXBRSevostyanov N.V., Burkovskaya N.P., Buznik V.M. Antifriction composite material on a copper base with graphite, manufactured by the SPS method. Konstrukcii iz kompozicionnyh materialov = Constructions from composite materials. 2019; (2):37–44. (In Russ.) EDN: ZIMXBRМатематическое моделирование технологических параметров процесса получения антифрикционных сплавов на основе шихты электроэрозионной свинцовой бронзы / Е. В. Агеева, А. С. Переверзев, П. А. Макаренко М. Г. Манаенков, М. Ю. Степанов, А. Е. Ефимов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022. Т. 12, № 1. С. 54–69. URL: https://elibrary.ru/EHXSXZ. EDN: EHXSXZAgeeva E.V., Pereverzev A.S., Makarenko P.A., Manaenkov M.G., Stepanov M.Y., Efimov A.E. Mathematical modeling of technological parameters of the process of obtaining antifriction alloys based on a charge of electroerosive lead bronze. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2022;12(1):54–69. (In Russ.) URL: https://elibrary.ru/EHXSXZ EDN: EHXSXZЛевин Д. О., Сулицин А. В., Брусницын С. В. Исследование влияния содержания меди на структуру и свойства литой латуни // Литейное производство. 2023. № 8. С. 20–23. EDN: EOWOIHLevin D.O., Sulitsin A.V., Brusnitsyn S.V. Investigation of the influence of copper content on the structure and properties of cast brass. Litejnoe proizvodstvo = Foundry production. 2023 (8):20–23. EDN: EOWOIHМикроструктура и механические свойства латуни Л63 после фрикционной перемешивающей обработки / А. В. Судариков, А. В. Чумаевский, А. М. Черемнов, А. П. Зыкова, Е. А. Колубаев // Известия Алтайского государственного университета. 2022. № 4(126). С. 67–73. doi: 10.14258/izvasu(2022)4-10 EDN: ZXVMRRSudarikov A.V., Chumaevsky A.V., Cheremnov A.M., Zykova A.P., Kolubaev E.A. Microstructure and mechanical properties of brass L63 after friction mixing treatment. Izvestiya Altajskogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Altai State University. 2022;(4):67–73. (In Russ.) doi: 10.14258/izvasu(2022)4-10 EDN: ZXVMRRРазработка технологии изготовления биметаллических направляющих скольжения (латунь-сталь) / И. Н. Старков, К. А. Рожков, А. Н. Лялин, Т. В. Ольшанская, Д. Н. Трушников // Сварочное производство. 2022. № 1. С. 44–49. EDN: QAYIKXStarkov I.N., Rozhkov K.A., Lyalin A.N., Ol'shanskaya T.V., Trushnikov D.N. Development of technology for manufacturing bimetallic sliding guides (brass-steel). Svarochnoe proizvodstvo = Welding production. 2022;(1):44–49. (In Russ.) EDN: QAYIKXНиколайчук П. А., Колпакова А. С., Тюрин А. Г. Термодинамическая оценка коррозионно-электрохимического поведения свинцовой латуни ЛС74-3 // Российский химический журнал. 2019. Т. 63, № 2. С. 62–78. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/termodinamicheskaya-otsenka-korrozionno-elektrohimicheskogo-povedeniya-svintsovoy-latuni-ls74-3?ysclid=ly2no0p5sa620895024 EDN: PFIFTKNikolaichuk P.A., Kolpakova A.S., Tyurin A.G. Thermodynamic assessment of the corrosion-electrochemical behavior of lead brass LS74-3. Rossiiskii khimicheskii zhurnal = Russian Chemical Journal. 2019;63(2):62–78. (In Russ.) URL: https://cyberleninka.ru/article/n/termodinamicheskaya-otsenka-korrozionno-elektrohimicheskogo-povedeniya-svintsovoy-latuni-ls74-3?ysclid=ly2no0p5sa620895024.10 EDN: PFIFTKValidation of secondary fluorescence excitation in quantitative X-ray fluorescence analysis of thin alloy films / A. Wählisch, C. Streeck, P. Hönicke, B. Beckhoffa // J. Anal. At. Spectrom. 2020. Vol. 35. P. 1664–1670. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ja/d0ja00171fWählisch A., Streeck C., Hönicke P., Beckhoffa B. Validation of secondary fluorescence excitation in quantitative X-ray fluorescence analysis of thin alloy films. J. Anal. At. Spectrom. 2020;35:1664–1670. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ja/d0ja00171fВира Д. Ю. Оценка соотношения отечественных и импортных технологий в медной промышленности на основе финансовых показателей // Russian Economic Bulletin. 2024. Т. 7, № 1. С. 86–96. EDN: VSLAZNVira D.Y. Assessment of the ratio of domestic and imported technologies in the copper industry based on financial indicators. Russian Economic Bulletin. 2024;7(1):86–96. (In Russ.) EDN: VSLAZNАгеев Е. В., Переверзев А. С. Оптимизация процесса получения электроэрозионной шихты бронзы БрС30 для производства спеченных бронзовых сплавов на её основе // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 2. С. 26–41. EDN: RTDGBGAgeev E.V., Pereverzev A.S. Optimization of the process of obtaining an electroerosion charge of BrS30 bronze for the production of sintered bronze alloys based on it. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2021;11(2):26–41. (In Russ.) EDN: RTDGBGПроцесс окисления в текстурованных тонких лентах из бинарных сплавов на медной основе / Т. Р. Суаридзе, Ю. В. Хлебникова, Д. П. Родионов, Л. Ю. Егорова // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2019. № 4(50). С. 65–72. doi: 10.18323/2073-5073-2019-4-65-72. EDN: EHLJJSSuaridze T.R., Khlebnikova Y.V., Rodionov D.P., Egorova L.Y. The oxidation process in textured thin tapes made of binary copper-based alloys. Vector of Science of Tolyatti State University. 2019;4(50):65–72. (In Russ.) doi: 10.18323/2073-5073-2019-4-65-72 EDN: EHLJJSВлияние промежуточного слоя на адгезию и трение азотированных покрытий на основе титана на медной подложке / О. В. Сизова, Н. В. Терюкалова, А. А. Леонов, Ю. А. Денисова, О. С. Новицкая, А. В. Колубаев // Известия вузов. Физика. 2022. Т. 65, № 7(776). С. 55–61. doi: 10.17223/00213411/65/7/55. EDN: DBFQIJSizova O.V., Teryukalova N.V., Leonov A.A., Denisova Y.A., Novickaya O.S., Kolubaev A.V. The effect of the intermediate layer on the adhesion and friction of nitrided titanium-based coatings on a copper substrate. Izvestiya vuzov. Fizika. 2022;65(7):55–61. (In Russ.) doi: 10.17223/00213411/65/7/55 EDN: DBFQIJПропитка сплавами на медной основе прессованных заготовок из металлокерамики с использованием индукционного нагрева / Э. Н. Беспалов, О. Ю. Бутин, С. А. Ермаков, А. В. Калмыков // Металлургия машиностроения. 2019. № 4. С. 33–36. EDN: ZPUKRPBespalov E.N., Butin O.Y., Ermakov S.A., Kalmykov A.V. Impregnation of pressed cermet blanks with copper-based alloys using induction heating. Metallurgiya mashinostroeniya = Metallurgy of mechanical engineering. 2019;(4):33–36. (In Russ.) EDN: ZPUKRPГрешников Э. А., Король Г. Г. О сплавах на медной основе в металлообработке регионов Центральной Азии VI–XIII вв. (по материалам исследований химического состава археологических и музейных предметов) // Проблемы истории, филологии, культуры. 2019. № 2(64). С. 245–261. doi: 10.18503/1992-0431-2019-2-64-245-261. EDN: DMMKESGreshnikov E.A., Korol G.G. On copper-based alloys in metalworking in the regions of Central Asia of the VI–XIII centuries (based on the materials of studies of the chemical composition of archaeological and museum objects). Problemy istorii, filologii, kul'tury = Problems of history, philology, culture. 2019;(2):245–261. (In Russ.) doi: 10.18503/1992-0431-2019-2-64-245-261 EDN: DMMKESСеменов К. Г. Низколегированные сплавы на основе меди // Литейщик России. 2020. № 3. С. 40–44. EDN: QYOWZRSemenov K.G. Low-alloy alloys based on copper. Litejshchik Rossii = Foundry of Russia. 2020;(3):40–44. (In Russ.) EDN: QYOWZRСтруктура и свойства покрытий на основе вольфрама, золота и азота, полученных на медной подложке комплексным электрофизическим методом / В. В. Почетуха, Д. А. Романов, Е. С. Ващук, А. Д. Филяков, Ю. Ф. Иванов, А. Н. Гостевская // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2023. Т. 21, № 2. С. 85–101. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/struktura-i-svoystva-pokrytiy-na-osnove-volframa-zolota-i-azota-poluchennyh-na-mednoy-podlozhke-kompleksnym-elektrofizicheskim?ysclid=ly2nrpnuv7528816831. EDN: ZYBGRQPochetukha V.V., Romanov D.A., Vashchuk E.S., Filyakov A.D., Ivanov Y.F., Gostevskaya A.N. Structure and properties of coatings based on tungsten, gold and nitrogen obtained on a copper substrate by a complex electrophysical method. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G. I. Nosova = Bulletin of the Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov. 2023;21(2):85–101. (In Russ.) URL: https://cyberleninka.ru/article/n/struktura-i-svoystva-pokrytiy-na-osnove-volframa-zolota-i-azota-poluchennyh-na-mednoy-podlozhke-kompleksnym-elektrofizicheskim?ysclid=ly2nrpnuv7528816831 EDN: ZYBGRQБилецкая А. В. Особенности ковки изделий повышенной сложности из цветных металлов (медь, латунь) на примере изготовления цельнокованой обувной лопатки и других изделий. Патинирование цветных металлов // Научный аспект. 2022. Т. 1, № 3. С. 104–118. EDN: FDHEXCBiletskaya A.V. Features of forging products of increased complexity from non-ferrous metall (copper, brass) on the example of the manufacture of a solid-forged shoe blade and others from deli. Patination of non-ferrous metals. Nauchnyi aspekt = Scientific aspect. 2022;1(3):104–118. (In Russ.) EDN: FDHEXCАгеев Е. В., Селютин В. Л., Сабельников Б. Н. Фракционный состав электроэрозионных порошков, полученных из отходов сплава ВНЖ в керосине // Будущее науки – 2020 : сборник научных статей 8-й Международной молодежной научной конференции. Курск: Университетская книга, 2020. С. 51–53.Ageev E.V., Selyutin V.L., Sabelnikov B.N. Fractional composition of electroerosive powders obtained from waste alloy of residence permit in kerosene. In: Budushchee nauki – 2020 : sbornik nauchnyh statej 8-j Mezhdunarodnoj molodezhnoj nauchnoj konferencii = Future of Science – 2020 : collection of scientific articles of the 8<sup>th</sup> International Youth Scientific Conference. Kursk: Universitetskaya kniga; 2020. P. 51–53. (In Russ.)Стерхов А. В. Сантехническая латунь // Арматуростроение. 2021. № 6(135). С. 42–45. EDN: ATYYXCSterkhov A.V. Sanitary brass. Armaturostroenie = Armature engineering. 2021;(6):42–45. (In Russ.) EDN: ATYYXCПатент № 2810417 Российская Федерация, МПК B22F 3/14, C22C 1/04. Способ получения сплава из порошка свинцовой латуни ЛС58-3 / Е. В. Агеева, Е. В. Агеев, Л. С. Аболмасова; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Юго-Западный государственный университет». № 2023108831: заявл. 07. 04. 2023: опубл. 27. 12. 2023. EDN: HXILCMAgeeva E.V., Ageev E.V., Abolmasova L.S. Method for obtaining an alloy from lead brass powder LS58-3. Patent 2810417 Russian Federation, 27 December 2023. (In Russ.) EDN: HXILCM

The authors declare that there are no conflicts of interest present.