techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2021-11-4-53-67techusgu-80Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEРазработка и исследование высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5Development and Research of High-Strength High-Speed Steels Based on Electroerosion Dispersed Alloy Particles R6M5https://orcid.org/0000-0001-9173-5704ПикаловС. В.PikalovS. V.

Пикалов Сергей Владимирович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры  технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

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

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

drevojog@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-3862-8624АгеевЕ. В.AgeevE. V.

Агеев Евгений Викторович, доктор  технических наук, профессор, профессор  кафедры технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Evgeny V. Ageev, Dr. of Sci. (Engineering),  Professor, Professor of the Department of Technology Materials and Transport

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

ageev_ev@mail.ruАгееваА. Е.AgeevaA. E.

Агеева Анна Евгеньевна, ученица

ул. Черняховского 32, г. Курск 305018

Anna E. Ageeva, Student 

Chernyakhovsky str., 32, Kursk 305018

ageevaanna2004@yandex.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian FederationМБОУ СОШ №53РоссияMBOU SOSH No. 53Russian Federation2021280420231145367Copyright © Пикалов С.В., Агеев Е.В., Агеева А.Е., 20232023Пикалов С.В., Агеев Е.В., Агеева А.Е.Pikalov S.V., Ageev E.V., 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/80

Целью настоящего исследования являлось проведение металлографических исследований высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5.

Методы

Методы. Электродиспергирование отходов сплава Р6М5 осуществляли в запатентованном авторами диспергаторе металлоотходов. В качестве рабочей жидкости использовался керосин осветительный. Сплавление электроэрозионной шихты осуществляли в системе искрового плазменного сплавления SPS 25-10 "Thermal Technology" (США). Поставленные в работе задачи решались с использованием современного оборудования и взаимодополняющих методов физического материаловедения, в том числе элементный состав быстрорежущих сталей изучали на энергодисперсионном анализаторе рентгеновского излучения фирмы "EDAX" (Нидерланды), встроенном в растровый электронный микроскоп "QUANTA 200 3D" (Нидерланды); фазовый состав быстрорежущих сталей изучали на рентгеновском дифрактометре "Rigaku Ultima IV" (Япония); микроструктуру сплавов изучали на электронно-ионном сканирующем (растровом) микроскопе с полевой эмиссией электронов "QUANTA 600 FEG" (Нидерланды).

Результаты

Результаты. Экспериментально установлено, что быстрорежущие стали из диспергированных электроэрозией частиц отходов сплава Р6М5 имеют следующие характеристики:  мелкозернистое строение без пор, трещин и несплошностей; основными элементами являются Fe, W, Cr, Mo и С; основными фазами являются Fe3С, Мо2С, Fe, W, Cr.

Заключение

Заключение. Комплекс металлографических исследований новых быстрорежущих сталей, изготовленным искровым плазменным сплавлением порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава Р6М5 в керосине, показал высокую эффективность применения технологии искрового плазменного сплавления для обеспечения высоких механических свойств быстрорежущим сталям из диспергированных электроэрозией частиц отходов сплава Р6М5.

The purpose of this study was to conduct metallographic studies of high-strength high-speed steels based on electroerosion dispersed particles of alloy R6M5.

Methods

Methods. Electrodispersion of the R6M5 alloy waste was carried out in a metal waste disperser patented by the authors (RF Patent No. 2449859). Lighting kerosene was used as the working fluid. The fusion of the electroerosion charge was carried out in the spark plasma fusion system SPS 25-10 "Thermal Technology" (USA). The tasks set in the work were solved using modern equipment and complementary methods of physical materials science, including: the elemental composition of high-speed steels was studied on an energy dispersive X-ray analyzer of the company "EDAX" (Netherlands), embedded in a scanning electron microscope "QUANTA 200 3D" (Netherlands); the phase composition of high-speed steels was studied on an X-ray diffractometer "Rigaku Ultima IV" (Japan); The microstructure of the alloys was studied using an electron-ion scanning (scanning) microscope with field emission of electrons "QUANTA 600 FEG" (Netherlands).

Results

Results. It has been experimentally established that high-speed steels made of electroerosion dispersed waste particles of alloy P6M5 have the following characteristics: fine-grained structure without pores, cracks and discontinuities; the main elements are Fe, W, Cr, Mo and C; the main phases are Fe3C, Mo2C, Fe, W, Cr.

Conclusion

Conclusion. A complex of metallographic studies of new high-speed steels produced by spark plasma fusion of powders obtained by electroerosive dispersion of alloy R6M5 waste in kerosene has shown high efficiency of using spark plasma fusion technology to provide high mechanical properties to high-speed steels from electroerosion dispersed particles of alloy R6M5 waste.

отходы сплаваэлектродиспергированиешихтаискровое плазменное сплавлениебыстрорежущая стальalloy wasteelectrodispersionchargespark plasma fusionhigh-speed steelРабота выполнялась в рамках проекта внутриуниверситетского гранта № ПР2030/2021-38.The work was carried out within the framework of the project on the intra-university grant No. PR 2030/2021-38.ReferencesChange in high temperature wear resistance of high speed steel by plasma nitriding / B. K. Rakhadilov, L. G. Zhurerova, M. Scheffler, A. K. Khassenov // Вестник Карагандинского университета. Серия: Физика. 2018. № 3 (91). С. 59–65.Rakhadilov B. K., Zhurerova L. G., Scheffler M., Khassenov A. K. Change in high temperature wear resistance of high speed steel by plasma nitriding. Vestnik Karagandinskogo universiteta. Seriya: Fizika = Bulletin of the Karaganda University. Physics Series, 2018, no. 3 (91), pp. 59–65.Structure and phase composition of high - speed steels / B. K. Rakhadilov, W. Wieleba, M. K. Kylyshkanov, A. B. Kenesbekov, M. Maulet // Вестник Карагандинского университета. Серия: Физика. 2020. № 2 (98). С. 83–92.Rakhadilov B. K., Wieleba W., Kylyshkanov M. K., Kenesbekov A. B., Maulet M. Structure and phase composition of highspeed steels. Vestnik Karagandinskogo universiteta. Seriya: Fizika = Bulletin of the Karaganda University. Physics Series, 2020, no. 2 (98), pp. 83–92.Влияние режимов термической обработки на структуру и физико-механические свойства быстрорежущей стали / А. М. Гурьев, С. Г. Иванов, М. А. Гурьев, А. А. Бердыченко, Е. В. Черных // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2018. Т. 15, № 1. С. 103–108.Guryev A. M., Ivanov S. G., Guryev M. A., Berdychenko A. A., Chernykh E. V. Vliyanie rezhimov termicheskoi obrabotki na strukturu i fiziko-mekhanicheskie svoistva bystrorezhushchei stali [The influence of heat treatment modes on the structure and physicomechanical properties of high-speed steel]. Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniya = Fundamental problems of modern materials science, 2018, vol. 15, no. 1, pp. 103–108.Влияние термической обработки на структуру и свойства быстрорежущей стали / А. М. Гурьев, С. Г. Иванов, М. А. Гурьев, А. А. Бердыченко // Ползуновский альманах. 2017. № 4-5. С. 128–132.Guryev A. M., Ivanov S. G., Guryev M. A., Berdychenko A. A. Vliyanie termicheskoi obrabotki na strukturu i svoistva bystrorezhushchei stali [The influence of heat treatment on the structure and properties of high-speed steel]. Polzunovskii al'manakh = Polzunovsky Almanac, 2017, no. 4-5, pp. 128–132.Упрочнение контактных поверхностей инструмента из быстрорежущих сталей дисперсно-упрочненным композитным хромовым покрытием / С. Ю. Жачкин, А. И. Болдырев, А. А. Болдырев, Н. А. Пеньков, В. В. Михайлов, О. А. Сидоркин // Упрочняющие технологии и покрытия. 2017. № 12 (156). С. 572–574.Zhachkin S. Yu., Boldyrev A. I., Boldyrev A. A., Penkov N. A., Mikhailov V. V., Sidorkin O. A. Uprochnenie kontaktnykh poverkhnostei instrumenta iz bystrorezhushchikh stalei dispersno-uprochnennym kompozitnym khromovym pokrytiem [Hardening of the contact surfaces of tools made of high-speed steels with a dispersed-hardened composite chrome coating]. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening technologies and coatings, 2017, no. 12 (156), pp. 572–574.Лавро В. Н. Исследование и разработка технологии нанесения износостойких ионно-плазменных покрытий на режущий инструмент из быстрорежущей стали // Современные материалы, техника и технологии. 2017. № 6 (14). С. 36–41.Lavro V. N. Issledovanie i razrabotka tekhnologii naneseniya iznosostoikikh ionnoplazmennykh pokrytii na rezhushchii instrument iz bystrorezhushchei stali [Research and development of technology for applying wear-resistant ion-plasma coatings to cutting tools made of high-speed steel]. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, equipment and technologies, 2017, no. 6 (14), pp. 36–41.Малушин Н. Н., Валуев Д. В., Осипов Е. Г. Возможность применения при многослойной наплавке эффекта кинетической пластичности в быстрорежущих сталях при мартенситном и бейнитном превращении // Современные материалы, техника и технологии. 2017. № 7 (15). С. 53–57.Malushin N. N., Valuev D. V., Osipov E. G. Vozmozhnost' primeneniya pri mnogosloinoi naplavke effekta kineticheskoi plastichnosti v bystrorezhushchikh stalyakh pri martensitnom i beinitnom prevrashchenii [The possibility of applying the effect of kinetic plasticity in high-speed steels during martensitic and bainitic transformation during multilayer surfacing]. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, equipment and technologies, 2017, no. 7 (15), pp. 53–57.Шабалин В. Н. Структура и свойства быстрорежущей стали, микролегированной бором при ЭШП отходов инструмента // Ползуновский альманах. 2017. № 1. С. 58–63.Shabalin V. N. Struktura i svoistva bystrorezhushchei stali, mikrolegirovannoi borom pri EShP otkhodov instrumenta [Structure and properties of high-speed steel microalloyed with boron at the ESP of tool waste]. Polzunovskii al'manakh = Polzunovsky Almanac, 2017, no. 1, pp. 58–63.Байков А. М., Баранова Л. И., Купалова И. К. Карбиды типы МС в вольфрамомолибденовых быстрорежущих сталях // Металловедение и термическая обработка металлов. 1974. № 6. С. 72–74.Baykov A. M., Baranova L. I., Kupalova I. K. Karbidy tipy MS v vol'framomolibdenovykh bystrorezhushchikh stalyakh [Carbides types of MS in tungsten-molybdenum highspeed steels]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov = Metallovedenie and heat treatment of metals, 1974, no. 6, pp. 72–74.Морозов С. И. Применение современных программных средств для расчета процесса кристаллизации быстрорежущих сталей // Электрометаллургия. 2015. № 9. С. 19–21.Morozov S. I. Primenenie sovremennykh programmnykh sredstv dlya rascheta protsessa kristallizatsii bystrorezhushchikh stalei [Application of modern software tools for calculating the crystallization process of high-speed steels]. Elektrometallurgiya = Electrometallurgy, 2015, no. 9, pp. 19–21.Крукович В. В., Борисова Л. Г. Изменение структур и свойств быстрорежущих сталей в результате легирования и сложной термической обработки // Научный форум. Сибирь. 2016. Т. 2, № 1. С. 19–20.Krukovich V. V., Borisova L. G. Izmenenie struktur i svoistv bystrorezhushchikh stalei v rezul'tate legirovaniya i slozhnoi termicheskoi obrabotki [Changing the structures and properties of high-speed steels as a result of alloying and complex heat treatment]. Nauchnyi forum. Sibir' = Scientific Forum. Siberia, 2016, vol. 2, no. 1, pp. 19–20.Хараев Ю. П., Грешилов А. Д. Исследования карбидной фазы литой быстрорежущей стали // Современные наукоемкие технологии. 2007. № 11. С. 47–48.Kharaev Yu. P., Greshilov A. D. Issledovaniya karbidnoi fazy litoi bystrorezhushchei stali [Studies of the carbide phase of cast high-speed steel]. Sovremennye naukoemkie tekhnologii = Modern high-tech technologies, 2007, no. 11, pp. 47–48.Чаус А. С. Структурные и фазовые превращения при термической обработке литой быстрорежущей стали с повышенным содержанием хрома // Физика металлов и металловедение. 2008. Т. 106, № 1. С. 85–92.Chaus A. S. Strukturnye i fazovye prevrashcheniya pri termicheskoi obrabotke litoi bystrorezhushchei stali s povyshennym soderzhaniem khroma [Structural and phase transformations during heat treatment of cast high-speed steel with a high chromium content]. Fizika metallov i metallovedenie = Physics of metals and metallology, 2008, vol. 106, no. 1, pp. 85– 92.Куц В. В., Ивахненко А. Г., Агеева Е. В. Строение и свойства порошковой быстрорежущей стали, полученной электроэрозионным диспергированием в воде // Современные материалы, техника и технологии. 2017. № 5 (13). С. 50–54.Kutz V. V., Ivakhnenko A. G., Ageeva E. V. Stroenie i svoistva poroshkovoi bystrorezhushchei stali, poluchennoi elektroerozionnym dispergirovaniem v vode [Structure and properties of high-speed powder steel obtained by electroerosive dispersion in water]. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, equipment and technologies, 2017, no. 5 (13), pp. 50–54.Характеристики электроискровых покрытий, полученных электродами из электроэрозионных порошков быстрорежущей стали / Е. В. Агеева, Р. А. Латыпов, Е. В. Агеев, А. Ю. Алтухов, В. Ю. Карпенко // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015. № 2. С. 62–65.Ageeva E. V., Latypov R. A., Ageev E. V., Altukhov A. Yu., Karpenko V. Yu. Kharakteristiki elektroiskrovykh pokrytii, poluchennykh elektrodami iz elektroerozionnykh poroshkov bystrorezhushchei stali [Characteristics of electric spark coatings obtained by electrodes from high-speed steel electroerosion powders]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional'nye pokrytiya = Proceedings of Higher Educational Institutions. Powder Metallurgy and Functional Coatings, 2015, no. 2, pp. 62–65.Агеева Е. В., Алтухов А. Ю., Пикалов С. В. Исследование микротвердости синтезированной порошковой быстрорежущей стали из электроэрозионных порошков, полученных в водной среде // Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 13–16.Ageeva E. V., Altukhov A .Yu., Pikalov S. V. Issledovanie mikrotverdosti sintezirovannoi poroshkovoi bystrorezhushchei stali iz elektroerozionnykh poroshkov, poluchennykh v vodnoi srede [Investigation of microhardness of synthesized high-speed powder steel from electroerosive powders obtained in an aqueous medium]. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, equipment and technologies, 2015, no. 1 (1), pp. 13–16.Патент 2449859 Российская Федерация, МПК В22Н 9/14, В23Н 1/02, В82Y40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов / Агеев Е. В., Семенихин Б. А., Латыпов Р. А., Аниканов В. И. № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13.Ageev E. V., Semenikhin B. A., Latypov R. A., Anikanov V. I. Ustanovka dlya polucheniya nanodispersnykh poroshkov iz tokoprovodyashchikh materialov [Installation for obtaining nanodisperse powders from conductive materials]. Patent RF, no. 2449859, 2012.Агеев Е. В., Карпенко В. Ю. Исследование свойств спеченных заготовок из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов быстрорежущей стали // Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 4 (7). С. 10–16.Ageev E. V., Karpenko V. Yu. Issledovanie svoistv spechennykh zagotovok iz poroshkov, poluchennykh elektroerozionnym dispergirovaniem otkhodov bystrorezhushchei stali [Investigation of the properties of sintered blanks from powders obtained by electroerosive dispersion of high-speed steel waste]. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, equipment and technologies, 2016, no. 4 (7), pp. 10–16.Агеев Е. В., Алтухов А. Ю., Воробьев Е. А. Применение электроэрозионного порошка быстрорежущей стали при восстановлении изношенных деталей автомобилей // Вестник Брянского государственного технического университета. 2016. № 4 (52). С. 192–198.Ageev E. V., Altukhov A. Yu., Vorobyev E. A. Primenenie elektroerozionnogo poroshka bystrorezhushchei stali pri vosstanovlenii iznoshennykh detalei avtomobilei [The use of high-speed steel electroerosion powder in the restoration of worn-out car parts]. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Bulletin of the Bryansk State Technical University, 2016, no. 4 (52), pp. 192–198.Агеева Е. В., Зубарев М. В. Установка для получения порошковых материалов, пригодных для технологических процессов восстановления и упрочнения деталей // Труды ГОСНИТИ. 2017. Т. 129. С. 169–173.Ageeva E. V., Zubarev M. V. Ustanovka dlya polucheniya poroshkovykh materialov, prigodnykh dlya tekhnologicheskikh protsessov vosstanovleniya i uprochneniya detalei [Installation for obtaining powder materials suitable for technological processes of restoration and hardening of parts]. Trudy GOSNITI = Works of GOSNITI, 2017, vol. 129, pp. 169–173.Размерные характеристики бронзового электроэрозионного порошка, полученного в воде / Е. В. Агеева, Е. В. Агеев, В. Ю. Чаплыгин, А. А. Горохов // Известия ЮгоЗападного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2016. № 1 (18). С. 30–35.Ageeva E. V., Ageev E. V., Chaplygin V. Yu., Gorokhov A. A. Razmernye kharakteristiki bronzovogo elektroerozionnogo poroshka, poluchennogo v vode [Dimensional characteristics of bronze electroerosion powder obtained in water]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwestern State University. Series: Engineering and Technology, 2016, no. 1 (18), рp. 30–35.Элементный состав частиц порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов твердого сплава марки ВК8 / Р. А. Латыпов, Е. В. Агеев, Г. Р. Латыпова, А. Ю. Алтухов, Е. В. Агеева // Электрометаллургия. 2017. № 11. С. 26–31.Latypov R. A., Ageev E. V., Latypova G. R., Altukhov A. Yu., Ageeva E. V. Elementnyi sostav chastits poroshkov, poluchennykh elektroerozionnym dispergirovaniem otkhodov tverdogo splava marki VK8 [Elemental composition of powder particles obtained by electroerosive dispersion of solid alloy waste of the VK8 brand]. Elektrometallurgiya = Electrometallurgy, 2017, no. 11, pp. 26–31.Проведение рентгеноспектрального микроанализа твердосплавных электроэро-зионных 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.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.Оценка эффективности применения твердосплавных электроэрозионных по-рошков в качестве электродного материала / Е. В. Агеев, Г. Р. Латыпова, А. А. Давыдов, Е. В. Агеева // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2012. № 1. С. 19–22.Ageev E. V., Latypova G. R., Davydov A. A., Ageeva E. V. Otsenka effektivnosti primeneniya tverdosplavnykh elektroerozionnykh poroshkov v kachestve elektrodnogo materiala [Evaluation of the effectiveness of the use of carbide electroerosion powders as an electrode material]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology, 2012, no. 1, pp. 19–22.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 elektroerozi-onnym 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.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.

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