techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2022-12-1-8-24techusgu-61Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEОптимизация процесса спекания диспергированных электроэрозией частиц сплава КНТ16Optimization of the Sintering Process of Electroerosion Dispersed Particles of the KNT16 Alloyhttps://orcid.org/0000-0001-8457-6565АгееваЕ. В.AgeevaE. V.

Агеева Екатерина Владимировна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры  технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Ekaterina V. Ageeva, Cand. of Sci. (Engineering),  Associate Professor, Associate Professor  of the Department of Materials Technology and Transport

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

ageeva-ev@yandex.ruСабельниковБ. Н.SabelnikovB. N.

Сабельников Борис Николаевич, кандидат технических наук, преподаватель кафедры  дизайна и индустрии моды

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Boris N. Sabelnikov, Cand. of Sci. (Engineering), Lecturer of the Department of Design and Fashion Industry

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

sabelnikovboris1@mail.ruКолмыковВ. И.KolmykovV. I.

Колмыков Валерий Иванович, доктор  технических наук, профессор, профессор  кафедры технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Valery I. Kolmykov, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Department  of Materials Technology and Transport

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

kodan@mail.ruМакаренкоП. А.MakarenkoP. A.

Макаренко Павел Александрович, студент кафедры технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Pavel A. Makarenko, Student of the Department of Materials Technology and Transport

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

pachtet2001@mail.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation202228042023121824Copyright © Агеева Е.В., Сабельников Б.Н., Колмыков В.И., Макаренко П.А., 20232023Агеева Е.В., Сабельников Б.Н., Колмыков В.И., Макаренко П.А.Ageeva E.V., Sabelnikov B.N., Kolmykov V.I., Makarenko P.A.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/61Цель

Цель. Проведение оптимизации процесса спекания электроэрозионной шихты, полученной методом диспергирования отходов безвольфрамового твердого сплава (БВТС) марки КНТ16, а также исследование состава, структуры и свойств нового сплава, полученного при оптимальных условиях спекания.

Методы

Методы. Для получения нового экспериментального безвольфрамового твердого сплава использовалась электроэрозионная шихта, полученная диспергированием отходов сплава марки КНТ16. Консолидация электроэрозионных частиц проводилось с применением системы Thermal Technology Spark Plasma Sintering system Model 25-10 (SPS 25-10). Определение оптимальных параметров (оптимизация) процесса консолидации нового сплава по микротвердости спеченных образцов было проведено путем постановки полного факторного эксперимента (ПФЭ) типа 23. В качестве факторов, влияющих на процесс спекания, выбрали такие параметры работы установки SPS 25-10, как температура, давление и время выдержки.

Результаты

Результаты. В ходе проведения исследования было установлено, что: предельные значения параметра оптимизации Y (микротвердость), составили: 1415 HV при Т = 1200°С, Р = 40 МПа и t = 5 мин; структура нового безвольфрамового твердого сплава равномерная по всему объему, из анализа микроструктуры видно отсутствие таких дефектов, как трещины и цепочки пор; БВТС, изготовленные на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава КНТ16 в кислородсодержащей жидкости (воде дистиллированной), содержат часть кислорода, также установлено, что основными элементами в этих новых сплавах являются Ti, Ni и Mo; процесс ЭЭД сплава КНТ16 в воде дистиллированной приводит к образованию в новом экспериментальном БВТС таких фаз, как TiC, MoNi3, Ni2O3, Ni и Mo; показатель микротвердости спеченных образцов методом SPSсинтеза диспергированных электроэрозией частиц БВТС марки КНТ16, полученных в воде дистиллированной, составляет 1415 HV, что соответствует расчетным данным процесса оптимизации.

Заключение

Заключение. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что консолидацию электроэрозионной шихты, полученной диспергированием отходов безвольфрамового твердого сплава, в новый сплав наиболее оптимально проводить при следующих параметрах работы системы SPS-синтеза 25-10: Т = 1200°С, Р = 40 МПа и t = 5 мин, что подтверждается результатами проведения оптимизации и исследования состава, структуры и свойств, нового экспериментального безвольфрамового твердого сплава.

The purpose

The purpose. Optimization of the sintering process of the electroerosion charge obtained by the method of dispersing waste of a tungsten-free hard alloy of the KNT16 brand, as well as the study of the composition, structure and properties of the new alloy obtained under optimal sintering conditions.

Methods

Methods. To obtain a new experimental tungsten-free hard alloy, an electroerosive charge was used, obtained by dispersing the waste of the alloy of the KNT16 brand. The consolidation of electroerosive particles was carried out using the Thermal Technology Spark Plasma Sintering system Model 25-10 (SPS 25-10). Determination of optimal parameters (optimization) of the consolidation process of the new alloy by the microhardness of sintered samples was carried out by setting up a complete factor experiment (PFE) type 23. As factors influencing the sintering process, such parameters of the SPS 25-10 installation as temperature, pressure and holding time were chosen.

Results

Results.. In the course of the study it was found that: limit value of the optimization parameter Y (microhardness) were: 1415 HV at T = 1200°C, P = 40 MPa and t = 5 min; the new structure of the solid alloy is uniform throughout the volume, from the analysis of the microstructure shows the absence of defects such as cracks and pores chain; BVTS made on the basis of electroerosion dispersed particles of the KNT16 alloy in an oxygen-containing liquid (distilled water) contain part of oxygen. It is also established that the main elements in these new alloys are Ti, Ni and Mo; the process of EED 

of the KNT16 alloy in distilled water leads to the formation of such phases as TiC, MoNi3, Ni2O3, Ni and Mo in the new experimental BVTS; the microhardness index of sintered samples by the method of SPS synthesis of electroerosion dispersed particles of BVTS brand KNT16 obtained in distilled water is 1415 HV, which corresponds to the calculated data of the optimization process.

Conclusion

Conclusion. The results obtained allow us to conclude that the consolidation of the electroerosion charge obtained by dispersing the waste of a tungsten-free hard alloy into a new alloy is most optimally carried out at the following parameters of the SPS synthesis system 25-10: T = 1200 ° C, P = 40 MPa and t = 5 min, which is confirmed by the results of optimization and research of the composition, structure and properties of a new experimental tungsten-free hard alloy.

оптимизацияконсолидациякарбонитрид титанаполный факторный экспериментмикротвердостьмикроструктураэлементный составфазовый составoptimizationconsolidationtitanium carbonitridefull factor experimentmicrohardnessmicrostructureelemental compositionphase compositionReferencesУпрочнение быстроизнашивающихся поверхностей безвольфрамовыми твердыми сплавами и карбидсодержащими сталями / В. А. Маслюк, Г. А. Баглюк, С. Г. Напара-Волгина, Р. В. Яковенко // Упрочняющие технологии и покрытия. 2007. № 1 (25). С. 42–48.Maslyuk V. A., Baglyuk G. A., Napara-Volgina S. G., Yakovenko R. V. Uprochnenie bystroiznashivayushchikhsya poverkhnostei bezvol'framovymi tverdymi splavami i karbidsoderzhashchimi stalyami [Hardening of fast-wearing surfaces with tungsten-free hard alloys and carbide-containing steels]. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening technologies and coatings, 2007, no. 1 (25), pp. 42–48.Акимов В. В. Исследование микротвердости безвольфрамовых твердых сплавов на основе карбида титана // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2005. № 3-1 (23). С. 121–124.Akimov V. V. Issledovanie mikrotverdosti bezvol'framovykh tverdykh splavov na osnove karbida titana [Investigation of microhardness of tungsten-free hard alloys based on titanium carbide]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Bulletin of Irkutsk State Technical University, 2005, no. 3-1 (23), pp. 121–124.Электрохимическая обработка безвольфрамовых твердых сплавов / Х. М. Рахимянов, Б. А. Красильников, В. В. Янпольский, Д. Б. Красильников // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2010. № 3 (48). С. 3–7.Rakhimyanov H. M., Krasilnikov B. A., Yanpolsky V. V., Krasilnikov D. B. Elektrokhimicheskaya obrabotka bezvol'framovykh tverdykh splavov [Electrochemical processing of tungsten-free hard alloys]. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal processing (technology, equipment, tools), 2010, no. 3 (48), pp. 3–7.Сафонов С. О., Федоров Д. В. Традиционные и передовые методы создания безвольфрамовых твердых сплавов // Механики XXI веку. 2007. № 6. С. 273–276.Safonov S. O., Fedorov D. V. Traditsionnye i peredovye metody sozdaniya bezvol'framovykh tverdykh splavov [Traditional and advanced methods of creating tungsten-free hard alloys]. Mekhaniki XXI veku = Mechanics of the XXI century, 2007, no. 6, pp. 273–276.Качество поверхности после алмазной обработки безвольфрамовых твердых сплавов / А. С. Янюшкин, П. В. Архипов, Д. В. Лобанов, Попов В. Ю., Е. Д. Лосев // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2016. № 1 (55). С. 20–24.Yanushkin A. S., Arkhipov P. V., Lobanov D. V., Popov V. Yu., Losev E. D. Kachestvo poverkhnosti posle almaznoi obrabotki bezvol'framovykh tverdykh splavov [Surface quality after diamond processing of tungsten-free hard alloys]. Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii = High-tech technologies in mechanical engineering, 2016, no. 1 (55), pp. 20–24.Панов В. С., Ниткин Н. М. Безвольфрамовые твердые сплавы // Нанотехнологии: наука и производство. 2017. № 3. С. 65–70.Panov V. S., Nitkin N. M. Bezvol'framovye tverdye splavy [Tungsten-free hard alloys]. Nanotekhnologii: nauka i proizvodstvo = Nanotechnologies: science and production, 2017, no. 3, pp. 65–70.Исследование гранулометрического состава порошков, полученных элетроэрозионным диспергированием твердого сплава и используемых при восстановлении и упрочнении деталей автотракторной техники / Е. В. Агеев, В. Н. Гадалов, В. И. Серебровский, Б. А. Семенихин, Е. В. Агеева, Р. А. Латыпов, Ю. П. Гнездилова // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2010. № 4. С. 76–79.Ageev E. V., Gadalov V. N., Serebrovsky V. I. Semenikhin B. A., Ageeva E. V., Latypov R. A., Gnezdilov Yu. P. Issledovanie granulometricheskogo sostava poroshkov, poluchennykh eletroerozionnym dispergirovaniem tverdogo splava i ispol'zuemykh pri vosstanovlenii i uprochnenii detalei avtotraktornoi tekhniki [The study of the granulometric composition of the powders obtained by dispersing elettroerosione hard alloy used for the restoration and strengthening of parts of automotive engineering]. Vestnik Kurskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii = Bulletin of the Kursk state agricultural academy, 2010, no. 4, pp. 76–79.Физико-механический подход к анализу процессов вытяжки с утонением цилиндрических изделий с прогнозированием деформационной повреждаемости материала / Г. М. Журавлев, Н. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев, А. Н. Сергеев, Е. В. Агеева, Д. В. Малий // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 4 (67). С. 39–56.Zhuravlev G. M., Sergeev N. N., Gvozdev A. E., Sergeev A. N., Ageeva E. V., Maliy D. V. Fiziko-mekhanicheskii podkhod k analizu protsessov vytyazhki s utoneniem tsilindricheskikh izdelii s prognozirovaniem deformatsionnoi povrezhdaemosti materiala [Physico-mechanical approach to the analysis of drawing processes with thinning of cylindrical products with the prediction of deformation damage of the material]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2016, no. 4 (67), pp. 39–56.Properties of the coatings fabricated by plasma-jet hard-facing by dispersed mechanical engineering wastes / R. A. Latypov, G. R. Latypova, E. V. Ageev, A. Y. Altukhov, E. V. Ageeva // Russian metallurgy (Metally). 2018. Vol. 2018, No. 6. P. 573–575.Latypov R. A., Latypova G. R., Ageev E. V., Altukhov A. Y., Ageeva E. V. Properties of the coatings fabricated by plasma-jet hard-facing by dispersed mechanical engineering wastes. Russian metallurgy (Metallically), 2018, vol. 2018, no. 6, pp. 573–575.Пат. 2563609 Российская Федерация, МПК В22F 3/14, В22F 3/087, B22F 3/105. Способ получения заготовок из порошковой быстрорежущей стали / Агеев Е. В., Карпенко В. Ю., Гвоздев А. Е., Агеева Е. В. № 2014137211/02; заявл. 16.09.2014; опубл. 20.09.2015, Бюл. №26.Ageev E. V., Karpenko V. Yu., Gvozdev A. E., Ageeva E. V. Sposob polucheniya zagotovok iz poroshkovoi bystrorezhushchei stali [Method of obtaining blanks from powder high-speed steel]. Patent RF, no. 2563609, 2015.Проведение рентгеноспектрального микроанализа твердосплавных электроэрозионных порошков / Е. В. Агеев, Г. Р. Латыпова, А. А. Давыдов, Е. В. Агеева // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 5 (44), ч. 2. С. 99–102.Ageev E. V., Latypova G. R., Davydov A. A., Ageeva E. V. Provedenie rentgenospektral'nogo mikroanaliza tverdosplavnykh elektroerozionnykh poroshkov [Conducting X-Ray spectral microanalysis of carbide electroerosion powders]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2012, no. 5 (44), pt. 2, pp. 99–102.Рентгеноспектральный микроанализ нихромового порошка, полученного методом электроэрозионного диспергирования в среде керосина / Е. В. Агеев, А. А. Горохов, А. Ю. Алтухов, А. В. Щербаков, С. В. Хардиков // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 1 (64). С. 26–31.Ageev E. V., Gorokhov A. A., Altukhov A. Yu., Shcherbakov A. V., Hardikov S. V. Rentgenospektral'nyi mikroanaliz nikhromovogo poroshka, poluchennogo metodom elektroerozionnogo dispergirovaniya v srede kerosina [X-Ray spectral microanalysis of nichrome powder obtained by the method of electroerosive dispersion in kerosene medium]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2016, no. 1 (64), pp. 26–31.Агеев Е. В., Семенихин Б. А., Латыпов Р. А. Метод получения наноструктурных порошков на основе системы WC-Cо и устройство для его осуществления // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2010. № 5 (283). С. 39–42.Ageev E. V., Semenikhin B. A., Latypov R. A. Metod polucheniya nanostrukturnykh poroshkov na osnove sistemy WC-Co i ustroistvo dlya ego osushchestvleniya [Method of obtaining nanostructured powders based on the WC-Co system and a device for its implementation]. Fundamental'nye i prikladnye problemy tekhniki i tekhnologii = Fundamental and applied problems of engineering and technology, 2010, no. 5 (283), pp. 39–42.Порошки, полученные электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов – перспективный материал для восстановления деталей автотракторной техники / Е. В. Агеев, В. Н. Гадалов, Е. В. Агеева, Р. В. Бобрышев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 1 (40), ч. 1. С. 182–189.Ageev E. V., Gadalov V. N., Ageeva E. V., Bobryshev R. V. Poroshki, poluchennye elektroerozionnym dispergirovaniem otkhodov tverdykh splavov – perspektivnyi material dlya vosstanovleniya detalei avtotraktornoi tekhniki [Powders obtained by electroerosive dispersion of solid alloy waste – a promising material for the restoration of parts of automotive equipment]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2012, no. 1 (40), pt. 1, pp. 182–189.Агеева Е. В., Хорьякова Н. М., Агеев Е. В. Исследование формы и морфологии электроэрозионных медных порошков, полученных из отходов // Вестник машиностроения. 2014. № 8. С. 73–75.Ageeva E. V., Horyakova N. M., Ageev E. V. Исследование формы и морфологии электроэрозионных медных порошков, полученных из отходов [Investigation of the form and morphology of electroerosive copper powders obtained from waste]. Vestnik Mashinostroeniya = Bulletin of Mechanical Engineering, 2014, no. 8, pp. 73–75.Исследование химического состава порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава / Е. В. Агеев, Б. А. Семенихин, Е. В. Агеева, Р. А. Латыпов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2011. № 5 (38), ч. 1. С. 138a–144.Ageev E. V., Semenikhin B. A., Ageeva E. V., Latypov R. A. Issledovanie khimicheskogo sostava poroshkov, poluchennykh elektroerozionnym dispergirovaniem tverdogo splava [Investigation of the chemical composition of powders obtained by electroerosive dispersion of a hard alloy]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2011, no. 5 (38), pt. 1, pp. 138a–144.Пикалов С. В., Агеев Е. В., Агеева А. Е. Разработка и исследование высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2020. Т. 11, № 4. С. 53–67.Pikalov S. V., Ageev E. V., Ageeva A. E. Razrabotka i issledovanie vysokoprochnykh bystrorezhushchikh stalei na osnove dispergirovannykh elektroeroziei chastits splava R6M5 [Development and research of high-strength high-speed steels based on particles of alloy P6M5 dispersed by electroerosion]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Ceriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology, 2020, vol. 11, no. 4, pp. 53–67.Агеев Е. В., Агеева А. Е. Состав, структура и свойства твердосплавных порошков, полученных электродиспергированием сплава Т5К10 в воде // Металлург. 2022. № 2. C. 90–94.Ageev E. V., Ageeva A. E. Sostav, struktura i svoistva tverdosplavnykh poroshkov, poluchennykh elektrodispergirovaniem splava T5K10 v vode [The Composition, structure and properties of carbide powders produced by electrodispersion alloy Т5К10 in the water]. Metallurg = Metallurgist, 2022, no. 2, pp. 90–94.Агеева Е. В., Хардиков С. В., Агеева А. Е. Структура и свойства спеченных образцов из электроэрозионных хромсодержащих порошков, полученных в бутиловом спирте // Современные материалы, техника и технологии. 2021. № 6 (39). С. 4–13.Ageeva E. V., Khardikov S. V., Ageeva A. E. Struktura i svoistva spechennykh obraztsov iz elektroerozionnykh khromsoderzhashchikh poroshkov, poluchennykh v butilovom spirte [Structure and properties of sintered samples from the erosion of chromium-containing powders produced in butyl alcohol]. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, equipment and technologies, 2021, no. 6 (39), pp. 4–13.Хардиков С. В., Агеева Е. В., Агеева А. Е. Анализ характеристик износостойкости спеченных изделий из электроэрозионного порошка стали Х13, полученного в бутиловом спирте // Современные материалы, техника и технологии. 2021. № 6 (39). С. 58–64.Hardikov S. V., Ageeva E. V., Ageeva A. E. Analiz kharakteristik iznosostoikosti spechennykh izdelii iz elektroerozionnogo poroshka stali Х13, poluchennogo v butilovom spirte [Analysis of the wear characteristics of sintered products of EDM powder steel X13 obtained in butyl alcohol]. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, equipment and technologies, 2021, no. 6 (39), pp. 58–64.Получение твердосплавных изделий холодным изостатическим прессованием электроэрозионных порошков и их исследование / Е. В. Агеева, Р. А. Латыпов, П. И. Бурак, Е. В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2013. № 5 (50). С. 116–125.Ageeva E. V., Latypov R. A., Burak, P. I., Ageev E. V. Poluchenie tverdosplavnykh izdelii kholodnym izostaticheskim pressovaniem elektroerozionnykh poroshkov i ikh issledovanie [Obtaining carbide products cold isostatic pressing of powders and EDM their study]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2013, no. 5 (50), pp. 116–125.

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