techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2025-15-1-62-75techusgu-345Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEОптимизация процесса изготовления безвольфрамового твердого сплава путем искрового плазменного спекания порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ТН20 в спиртеOptimization of the manufacturing process of a tungsten-free hard alloy by spark plasma sintering of powders obtained by electro-erosive dispersion of TN20 alloy waste in alcoholhttps://orcid.org/0000-0001-8457-6565АгееваЕ. В.AgeevaE. V.

Агеева Екатерина Владимировна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии материалов и транспорта

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

Ekaterina V. Ageeva, Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Professor of the Department of Materials Technology and Transport

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040 

ageeva-ev@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0980-1974ХорьяковаН. М.HoriakovaN. М.

Хорьякова Наталья Михайловна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии материалов и транспорта

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

Natalia М. Horiakova, Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor of the Department of Materials and Transport Technology

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040 

natali030119891@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8819-699XСабельниковБ. Н.SabelnikovB. N.

Сабельников Борис Николаевич, доцент кафедры промышленного и гражданского строительства

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

Boris N. Sabelnikov, Associate Professor of the Department Industrial and Civil Engineering

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040 

sabelnikovboris1@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-1809-037XАгееваА. Е.AgeevaA. E.

Агеева Анна Евгеньевна, студент

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

Anna E. Ageeva, Student

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040 

Юго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation2025080820251526275Copyright © Агеева Е.В., Хорьякова Н.М., Сабельников Б.Н., Агеева А.Е., 20252025Агеева Е.В., Хорьякова Н.М., Сабельников Б.Н., Агеева А.Е.Ageeva E.V., Horiakova N.М., Sabelnikov B.N., Ageeva A.E.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/345

Целью настоящей работы являлась оптимизация условий искрового плазменного спекания порошков, полученных электродиспергированием металлоотходов сплава марки ТН20, для производства беспористых и высокотвердых безвольфрамовых твердых сплавов.Методы. Диспергируемые металлоотходы ‒ куски сплава марки ТН20 размером 20х20х5 мм. Химический состав в соответствии с ГОСТ 26530–85 следующий: Ni до 15%; Mo до 6%; Nb до 0,1%; TiC остальное. Рабочая жидкость ‒ спирт изопропиловый. Установка для диспергирования металлоотходов ‒ экспериментальная запатентованная. Режимы для диспергирования металлоотходов: 61,5 мкФ (емкость), 130 В (напряжение), на электродах 130 Гц (частота импульсов). Установка для сплавления порошков SPS 25-10 «Thermal Technology». Микроструктуру БВТС изучали на сканирующем электронном микроскопе QUANTA 600 FEG. Оптимизацию условий искрового плазменного сплавления порошков, полученных электродиспергированием металлоотходов сплава марки ТН20, для производства беспористых и высокотвердых безвольфрамовых твердых сплавов осуществляли постановкой факторного эксперимента и методом крутого восхождения Бокса и Уилсона.Результаты. В соответствии с поставленной целью, направленной на оптимизацию условий искрового плазменного спекания порошков, полученных электродиспергированием металлоотходов сплава марки ТН20, для производства беспористых и высокотвердых безвольфрамовых твердых сплавов, установлена оптимальная твердость равная 95,2 HRA при следующих значениях факторов: температура 1250°С, давление 40 МПа, время выдержки 15 минут.Заключение. Таким образом, поставленная цель достигнута. Результаты работы могут найти практическое применение при организации ресурсосберегающих и импортозамещающих технологий.

The purpose of this work was to optimize the conditions of spark plasma sintering of powders obtained by electrodispersion of metal waste of the TN20 alloy for the production of nonporous and high-hardness tungsten-free hard alloys.Methods. Dispersible metal waste is made up of 20x20x5 mm pieces of TN20 alloy. The chemical composition in accordance with GOST 26530-85 is as follows: Ni up to 15%; Mo up to 6%; Nb up to 0.1%; TiC the rest. The working fluid is isopropyl alcohol. The plant for metal waste dispersion is an experimental and patented one. The modes for dispersing metal waste are 61.5 UF (capacity), 130 V (voltage), at 130 Hz (pulse frequency). Powder fusion plant ‒ SPS 25-10 "Thermal Technology". The BVTS microstructure was studied using a scanning electron microscope QUANTA 600 FEG. Optimization of the conditions of spark plasma fusion of powders obtained by electrodispersion of metal waste of the TN20 alloy for the production of porous and high-hardness tungsten-free hard alloys was carried out using a factor experiment and the method of steep ascent by Box and Wilson.Results. In accordance with the goal set, aimed at optimizing the conditions of spark plasma sintering of powders obtained by electrodispersing metal waste from a TN20 alloy for the production of nonporous and high-hardness tungsten-free hard alloys, an optimal hardness of 95.2 HRA was established at the following values of factors: temperature 1250 °C, pressure 40 MPa, holding time 15 minutes.Conclusion. Thus, the goal has been achieved. The results of the work can find practical application in the organization of resource-saving and import-substituting technologies.

отходыбезвольфрамовый твердый сплавэлектроэрозионное диспергированиетвердосплавный порошокискровое плазменное спеканиеtungsten-free hard alloy wasteelectro-erosion dispersioncarbide powderspark plasma sinteringИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00316, https://rscf.ru/project/24-29-00316/.The research was carried out at the expense of the grant of the Russian Science Foundation No. 24-29-00316, https://rscf.ru/project/24-29-00316/.ReferencesПанов В.С. Безвольфрамовые твердые сплавы: аналитический обзор // Материаловедение. 2019. № 10. С. 33-39.Panov V.S. Tungsten-free hard alloys: an analytical review. Materialovedenie = Materials Science. 2019;(10):33-39. (In Russ.)Панов В.С., Ниткин Н.М. Безвольфрамовые твердые сплавы // Нанотехнологии: наука и производство. 2017. № 3. С. 65-70.Panov V.S., Nitkin N.M. Tungsten-free hard alloys. Nanotekhnologii: nauka i proizvodstvo = Nano-technologies: science and production. 2017;(3):65-70. (In Russ.)Патрушев А.Ю., Фарафонов Д.П., Серов М.М. Безвольфрамовые твердые сплавы: методы получения, структура и свойства (обзор) // Труды ВИАМ. 2021. № 11(105). С. 66-81.Patrushev A.Yu., Farafonov D.P., Serov M.M. Tungsten-free hard alloys: production methods, structure and properties (review). Trudy VIAM = Proceedings of VIAM. 2021;(11):66-81. (In Russ.)Изменение структурно-фазового состояния и физико-химических свойств безвольфрамовых твердых сплавов TiC-TiNi после различных видов ионно-лучевой обработки / В.В. Акимов, А.М. Бадамшин, С.Н. Несов [и др.] // Омский научный вестник. 2021. № 2(176). С. 5-9.Akimov V.V., Badamshin A.M., Nesov S.N., et al. Change in the structural and phase state and physico-chemical properties of tungsten-free hard TiC-TiNi alloys after various types of ion beam treatment. Omskii nauchnyi vestnik = Omsk Scientific Bulletin. 2021;(2):5-9. (In Russ.)Влияние ионного облучения на морфологию, элементный и химический состав поверхностных слоев безвольфрамовых твердых сплавов / А.М. Бадамшин, С.Н. Несов, В.С. Ковивчак, С.Н. Поворознюк, В.В. Акимов // Письма в Журнал технической физики. 2021. Т. 47, № 15. С. 19-22.Badamshin A.M., Nesov S.N., Kovivchak V.S., Povoroznyuk S.N., Akimov V.V. The effect of ion irradiation on the morphology, elemental and chemical composition of surface layers of tungsten-free hard alloys. Pis'ma v Zhurnal tekhnicheskoi fiziki = Letters to the Journal of Technical Physics. 2021;47(15):19-22. (In Russ.)Агеева Е.В., Сабельников Б.Н. Материальный баланс процесса электроэрозионного диспергирования отходов безвольфрамовых твердых сплавов марки КНТ16 в воде дистиллированной // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2020. Т. 10, № 3. С. 8-19.Ageeva E.V., Sabelnikov B.N. The material balance of the process of electroerosion dispersion of waste of tungsten-free solid alloys of the KST16 brand in distilled water. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2020;10(3):8-19. (In Russ.)Агеева Е.В., Сабельников Б.Н. Рентгеноспектральный микроанализ электроэрозионного порошкового материала, полученного в среде этилового спирта из отходов безвольфрамового твердого сплава марки КНТ16 // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2020. № 7 (242). С. 33-36.Ageeva E.V., Sabelnikov B.N. X-ray spectral microanalysis of an electroerosive powder material obtained in an environment of ethyl alcohol from waste of a tungsten-free hard alloy of the KNT16 brand. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universitet = Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2020;(7):33-36. (In Russ.)Локтионова О.Г., Агеева Е.В., Сабельников Б.Н. Результаты рентгеновских исследований спеченных образцов, полученных из электроэрозионного порошкового материала сплава КНТ16 // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2020. Т. 10, № 4. С. 22-34.Loktionova O.G., Ageeva E.V., Sabelnikov B.N. Results of X-ray studies of sintered samples obtained from electroerosion powder material of alloy KNT16. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2020;10(4):22-34. (In Russ.)Агеева Е.В., Сабельников Б.Н. Структура и свойства безвольфрамового твердого сплава на основе карбонитрида титана, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в углеродсодержащей среде // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. № 4. С. 158-162.Ageeva E.V., Sabelnikov B.N. Structure and properties of a tungsten-free hard alloy based on titanium carbonitride sintered from electro-erosive powders obtained in a carbon-containing medium. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Reinforcing technologies and coatings. 2021;(4):158- 162. (In Russ.)Агеева Е.В., Локтионова О.Г., Сабельников Б.Н. Оценка энергозатрат при получении шихты для производства безвольфрамового твердого сплава электродиспергированием // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 1. С. 21-35.Ageeva E.V., Loktionova O.G., Sabelnikov B.N. Evaluation of energy consumption in the preparation of a charge for the production of tungsten-free hard alloy by electrodispersion. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2021;11(1):21-35. (In Russ.)Ageev E.V., Ageeva A.E. Composition, structure and properties of hard-alloy powders obtained by electrodispersion of T5K10 alloy in water // Metallurgist. 2022. Vol. 66, no. 1-2. P. 146- 154.Ageev E.V., Ageeva A.E. Composition, structure and properties of hard-alloy powders obtained by electrodispersion of T5K10 alloy in water. Metallurg = Metallurgist. 2022;66(1-2):146-154.Агеев Е.В., Агеева А. Е. Структура и свойства порошков, полученных в условиях электроэрозионной металлургии отходов твердого сплава Т5К10 в кислород- и углеродсодержащих средах // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. №9 (213). C. 387-392.Ageev E.V., Ageeva A.E. Structure and properties of powders obtained in the conditions of electroerosion metallurgy of T5K10 hard alloy waste in oxygen- and carbon-containing media. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening technologies and coatings. 2022;(9):387-392. (In Russ.)Параметрические показатели формы частиц электрокорунда, полученного электродиспергированием отходов электротехнического алюминия марки АД0Е / Е.В. Агеев, А.И. Пыхтин, Е.П. Новиков, А.Е. Агеева // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022. Т. 12, № 4. С. 40-53. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-440-53.Ageev E.V., Pykhtin A.I., Novikov E.P., Ageeva A.E. Parametric parameters of the particle shape of electrocorundum obtained by electrodispersion of waste electrical aluminum grade AD0E. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2022;12(4):40-53. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-440-53.Исследование влияния среды диспергирования на свойства жаропрочных порошков, полученных из отходов сплава ЖСУ6 / Е.В. Агеев, В.И. Серебровский, В.О. Поданов, А.Е. Агеева // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022. Т. 12, № 3. С. 39-56. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-3-39-56.Ageev E.V., Serebrovsky V.I., Podanov V.O., Ageeva A.E. Investigation of the effect of the dispersion medium on the properties of heat-resistant powders obtained from waste alloy ZHSU6. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2022;12(3):39-56. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-3-39-56.Dimensional analysis of powders obtained by electroerosive dispersion of heat-resistant nickel alloy ZHS6U in water / E.V. Ageev, A.E. Gvozdev, E.A. Protopopov, V.O. Podanov, A.E. Ageeva // Chebyshevskii sbornik. 2022. Vol. 23, no. 1. P. 197–207.Ageeva E.V., Gvozdev А.E., Protopopov E.A., Podanov V.O., Ageeva A.E. Dimensional analysis of powders obtained by electroero-sive dispersion of heat-resistant nickel alloy ZHS6U in water. Chebyshevskii sbornik = Chebyshevskii sbornik. 2022;23(1):197-207. (In Russ.)Mathematical optimization of the average particle size of powders obtained by electroerosive dispersion of heatresistant nickel alloy ZHS6U / E.V. Ageev, E.V. Ageeva, A.E. Gvozdev, E.A. Protopopov, V.O. Podanov // Chebyshevskii sbornik. 2022. Vol. 23, no. 3. P. 178–193.Ageeva E.V., Ageeva E.V., Gvozdev A.E., Protopopov E.A., Podanov V.O. Mathematical optimization of the average particle size of powders obtained by electroerosive dispersion of heatresistant nickel alloy ZHS6U. Chebyshevskii sbornik = Chebyshevskii sbornik. 2022;23(3):178-193. (In Russ.)Numerical optimization of the charge production process by electrodispersion of T5K10 alloy waste / E.V. Ageev, E.V. Ageeva, A.E. Gvozdev, A.A. Kalinin // Chebyshevskii sbornik. 2022. Vol. 23, no. 1. P. 183–195.Ageev E.V., Ageeva E.V., Gvozdev A.E., Kalinin A.A. Numerical optimization of the charge production process by electrodispersion of T5K10 alloy waste. Chebyshevskii sbornik = Chebyshevskii sbornik. 2022;23(1):183-195.Агеев Е.В., Агеева А.Е. Состав, структура и свойства твердосплавных порошков, полученных электродиспергированием сплава Т5К10 в воде // Металлург. 2022. № 2. C. 39-43.Ageev E.V., Ageeva A.E. Composition, structure and properties of carbide powders obtained by electrodispersing T5K10 alloy in wate. Metallurg = Metallurgist. 2022;(2):39-43. (In Russ.)Агеев Е.В., Поданов В.О., Агеева А.Е. Оптимизация процесса изготовления жаропрочного никелевого сплава путем искрового плазменного спекания порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов ЖС6У в воде // Упрочняющие технологии и покрытия. 2023. № 4. C. 170-174.Ageev E.V., Podanov V.O., Ageeva A.E. Optimization of the process of heat-resistant nickel alloy production by spark plasma sintering of powders obtained by electroerosion dispersion of ZHS6U products in water. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening technologies and coatings. 2023;(4):170-174. (In Russ.)Оптимизация процесса получения порошковых материалов для производства твердосплавного режущего инструмента электродиспергированием металлоотходов сплава ТН20 в воде / Е.В. Агеева, Н.М. Хорьякова, Б.Н. Сабельников, А.Е. Агеева // Известия Юго-Западного государственного университета. 2024. Т. 28, № 1. С. 27-43. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2024-28-1-27-43. EDN MCAXVN.Ageeva E.V., Khoryakova N.M., Sabelnikov B.N., Ageeva A.E. Optimization of the process of obtaining powder materials for the production of carbide cutting tools by electrodispersing metal waste from TN20 alloy in water. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2024;28(1):27-43. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1560-2024-28-1-27-43. EDN MCAXVN.

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