techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университетtechusgu-90Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCECвойства порошковой высокохромистой стали, изготовленной из частиц, полученных электроэрозией стали Х17 в керосинеProperties of Powdered High-Chromium Steel Made from Particles Obtained by Electroerosion of Steel X17 in Kerosenehttps://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.ruИгнатенкоН. М.IgnatenkoN. M.

Игнатенко Николай Михайлович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры нанотехнологий, общей и прикладной физики

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Nikolay M. Ignatenko, Dr. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Professor of the Department of Nanotechnology, General and Applied  Physics

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

inmkstu@bk.ruСысоевА. А.SysoevA. A.

Сысоев Артур Алексеевич, аспирант кафедры технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Artur A. Sysoev, Post-Graduate Student of the Department of Materials Technology and Transport

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

evoking09@rambler.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation2021290420231138–27Copyright © Агеев Е.В., Игнатенко Н.М., Сысоев А.А., 20232023Агеев Е.В., Игнатенко Н.М., Сысоев А.А.Ageev E.V., Ignatenko N.M., Sysoev A.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/90Цель

Цель. Исследовать структуру и свойства спеченных образцов из электроэрозионных высокохромистых порошков, полученных электродиспергированием в осветительном керосине.

Методы

Методы. Для выполнения намеченных исследований в качестве диспергируемого материала были выбраны отходы стали 12Х17, которые скапливаются на предприятиях в большом объеме. Отходы стали 12Х17 перерабатывали на установке электродиспергирования в среде керосина осветительного. Процесс электродиспергирования проводили при следующих режимах: напряжение 100 В; частота следования импульсов 120 Гц; емкость 48 мкФ. Образцы новых спеченных сплавов получали в системе искрового плазменного спекания SPS 25-10 (Thermal Technology, США) методом искрового плазменного спекания порошков. Механическую обработку спеченных образцов проводили на автоматическом высокоточном настольном отрезном станке «Accutom-5» и шлифовально-полировальном станке «LaboPol-5».

Результаты

Результаты. Экспериментально установлено, что высокохромистые сплавы из диспергированных электроэрозией частиц сплава 12Х17, полученные искровым плазменным спеканием, имеют следующие характеристики: равновесное состояние с субмикронным и наномасштабным зерном; основными элементами в сплавах являются Fe, Cr и С; основные фазы Cr, Cr7C3 и FeCr0.29C0.06; пористость 0,27%; микротвердость 555 HV0,2.

Заключение

Заключение. На основании проведенных экспериментальных исследований, направленных на исследование структуры и свойств спеченных образцов, из электроэрозионных высокохромистых порошков, полученных в керосине, показана высокая эффективность применения технологии искрового плазменного спекания, которая обеспечивает при коротком времени рабочего цикла и подавления роста зерна равномерное распределение тепла по образцу, контролируемую пористость и высокие физико-механические свойства.

The purpose

The purpose. To investigate the structure and properties of sintered samples from electroerosive high-chromium powders obtained by electrodispersion in lighting kerosene.

Methods

Methods. To carry out the planned studies, 12X17 steel waste was selected as a dispersible material, which accumulates in large volumes at enterprises. 12X17 steel waste was processed at an electrodispersing plant. The electrodispersion process was carried out under the following conditions: voltage 100 V; pulse repetition frequency 120 Hz; capacity 48 UF. Lighting kerosene was used as a working fluid. The resulting powder was consolidated by the spark plasma sintering (IPS) method using the spark plasma sintering system SPS 25-10 (Thermal Technology, USA). Mechanical processing of sintered samples was carried out on an automatic high-precision desktop cutting machine "Accutom-5" and a grinding and polishing machine "LaboPol-5".

Results

Results. It has been experimentally established that high-chromium alloys from 12X17 alloy particles dispersed by electroerosion obtained by spark plasma sintering have the following characteristics: equilibrium state with submicron and nanoscale grain; the main elements in the alloys are Fe, Cr and C; the main phases are Cr,Cr7C3 and FeCr0.29C0.06; porosity 0.27%; microhardness 555 HV0.2.

Conclusion

Conclusion. Based on the conducted experimental studies aimed at studying the structure and properties of sintered samples from electroerosive high-chromium powders obtained in kerosene, the high efficiency of using spark plasma sintering technology is shown, which provides a uniform heat distribution over the sample, controlled porosity and high physical and mechanical properties with a short working cycle time and grain growth suppression.

высокохромистые сталиэлектроэрозионное диспергированиепорошокискровое плазменное спеканиеспеченное изделиесвойстваhigh-chromium steelselectroerosive dispersionpowderspark plasma sinteringsintered productpropertiesИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-33-90053.The research was carried out with the financial support of the Russian Foundation for Basic Research within the framework of scientific project No. 19-33-90053.ReferencesОсобенности контактного взаимодействия на границе слоев горячештампованного порошкового биметалла типа «конструкционная сталь – быстрорежущая сталь» / Ю. Г. Дорофеев, В. Ю. Дорофеев, А. В. Бабец, Е. Н. Бессарабов, О. Н. Романова, А. Н. Свиридова // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2018. № 3. С. 11–22.Dorofeev Yu. G., Dorofeev V. Yu., Babets A.V., Bessarabov E. N., Romanova O. N., Sviridova A. N. Osobennosti kontaktnogo vzaimodeistviya na granitse sloev goryacheshtampovannogo poroshkovogo bimetalla tipa "konstruktsionnaya stal' – bystrorezhushchaya stal'" [Features of contact interaction at the boundary of layers of hot-stamped powder bimetal of the "structural steel - high-speed steel" type]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional'nye pokrytiya = Proceedings of Higher Educational Institutions. Powder Metallurgy and Functional Coatings, 2018, no. 3, pp. 11–22.Структура и свойства композита сталь 45 – порошковая сталь ASP2005, образованного энергией взрыва / И. П. Бородин, Ю. С. Шатов, В. Ю. Ширяев, А. Г. Гвоздев, О. В. Седых // Металловедение и термическая обработка металлов. 2011. № 8 (674). С. 8–11.Borodin I. P., Shatov Yu. S., Shiryaev V. Yu., Gvozdev A. G., Sedykh O. V. Struktura i svoistva kompozita stal' 45 – poroshkovaya stal' ASP2005, obra-zovannogo energiei vzryva [Structure and properties of the steel 45 - powder steel ASP2005 composite formed by the explosion energy]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov = Metallology and Heat Treatment of Metals, 2011, no. 8 (674), pp. 8–11.Выбор легирующих элементов для улучшения обрабатываемости резанием порошковых конструкционных сталей / В. Г. Шишка, А. В. Скориков, И. В. Иванова, Н. В. Шишка // Инженерный вестник Дона. 2018. № 4 (51). С. 11.Shishka V. G., Skorikov A. V., Ivanova I. V., Shishka N. V. Vybor legiruyushchikh elementov dlya uluchsheniya obrabatyvaemosti rezaniem poroshkovykh konstruktsionnykh stalei [The choice of alloying elements to improve the machinability of cutting powder structural steels]. Inzhenernyi vestnik Dona = Engineering Bulletin of the Don, 2018, no. 4 (51), p. 11.Еремеева Ж. В., Ниткин Н. М., Шарипзянова Г. Х. Особенности применения наноразмерных порошков углерода и хрома на процессы подготовки шихты и прессования порошковых сталей // Известия МГТУ МАМИ. 2011. № 2 (12). С. 123–127.Eremeeva Zh. V., Nitkin N. M., Sharipzyanova G. H. Osobennosti primeneniya nanorazmernykh poroshkov ugleroda i khroma na protsessy podgotovki shikhty i pressovaniya poroshkovykh stalei [Features of the application of nanoscale carbon and chromium powders to the processes of charge preparation and pressing of powder steels]. Izvestiya MGTU MAMI = Proceeding of MSTU MAMI, 2011, no. 2 (12), pp. 123–127.Высоцкий Т. В., Высоцкий В. Т. Технологические процессы изготовления механически легированных порошковых сталей и изделий из них // Вестник БелорусскоРоссийского университета. 2008. № 3 (20). С. 58–65.Vysotsky T. V., Vysotsky V. T. Tekhnologicheskie protsessy izgotovleniya mekhanicheski legirovannykh poroshkovykh stalei i izdelii iz nikh [Technological processes of manufacturing mechanically alloyed powder steels and products from them]. Vestnik BelorusskoRossiiskogo universiteta = Bulletin of the Belarusian-Russian University, 2008, no. 3 (20), pp. 58–65.Термообработка порошковых горячедеформированных сталей, легированных наноразмерным углеродом и хромом / В. И. Костиков, Ж. В. Еремеева, С. И. Рупасов, Р. А. Скориков, К. Н. Слуковская, Г. Х. Шарипзянова, Н. М. Ниткин // Материаловедение. 2012. № 1. С. 51–55.Kostikov V. I., Eremeeva Zh. V., Rupasov S. I., Skorikov R. A., Slukovskaya K. N., Sharipzyanova G. H., Nitkin N. M. Termoobrabotka poroshkovykh goryachedeformirovannykh stalei, legirovannykh nanorazmernym uglerodom i khromom [Heat treatment of hot-formed powder steels alloyed with nanoscale carbon and chromium]. Materialovedenie = Materials Science, 2012, no. 1, pp. 51–55.Гиршов В. Л., Цеменко В. Н., Мазуров С. А. Исследование влияния дефектов структуры на прочность порошковых быстрорежущих сталей // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2011. № 3 (130). С. 175–180.Girshov V. L., Tsemenko V. N., Mazurov S. A. Issledovanie vliyaniya defektov struktury na prochnost' poroshkovykh bystrorezhushchikh stalei [Investigation of the influence of structural defects on the strength of powder high-speed steels]. Nauchnotekhnicheskie vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta = Scientific and Technical Bulletin of the St. Petersburg State Polytechnic University, 2011, no. 3 (130), pp. 175–180.Структура фуллеренсодержащих деформированных порошковых сталей / В. Н. Анциферов, Л. М. Гревнов, М. Ф. Торсунов, В. А. Бояршинов // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2012. № 3. С. 7a–11.Antsiferov V. N., Grevnov L. M., Torsunov M. F., Boyarshinov V. A. Struktura fullerensoderzhashchikh deformirovannykh poroshkovykh stalei [Structure of fullerene- containing deformed powder steels]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional'nye pokrytiya = Proceedings of Higher Educational Institutions. Powder Metallurgy and Functional Coatings, 2012, no. 3, pp. 7a–11.Нарва В. К., Маранц А. В., Сентюрина Ж. А. Изучение процесса лазерной наплавки порошковых смесей «сталь – карбид титана» на стальную подложку // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2012. № 4. С. 25–31.Narva V. K., Marants A.V., Sentyurina Zh. A. Izuchenie protsessa lazernoi naplavki poroshkovykh smesei "stal' – karbid titana" na stal'nuyu podlozhku [Study of the process of laser surfacing of powder mixtures "steel-titanium carbide" on a steel substrate]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional'nye pokrytiya = Proce-edings of Higher Educational Institutions. Powder Metallurgy and Functional Coatings, 2012, no. 4, pp. 25–31.Дьячкова Л. Н., Керженцева Л. Ф. Активирование процесса спекания порошковых углеродистых сталей // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2012. № 4. С. 32–37.Dyachkova L. N., Kerzhentseva L. F. Aktivirovanie protsessa spekaniya poroshkovykh uglerodistykh stalei [Activation of the sintering process of powdered carbon steels]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional'nye pokrytiya = Proceedings of Higher Educational Institutions. Powder Metallurgy and Functional Coatings, 2012, no. 4, pp. 32–37.Изучение распада переохлажденного аустенита порошковых сталей новым цифровым магнитометром / В. Н. Анциферов, В. Я. Буланов, Ю. Г. Гуревич, А. Г. Ивашко, М. С. Цыганова // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 4 (598). С. 24–29.Antsiferov V. N., Bulanov V. Ya., Gurevich Yu. G., Ivashko A. G., Tsyganova M. S. Izuchenie raspada pereokhlazhdennogo austenita poroshkovykh stalei novym tsifrovym magnitometrom [Studying the decay of supercooled austenite of powder steels with a new digital magnetometer]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov = Metallology and Heat Treatment of Metals, 2005, no. 4 (598), pp. 24–29.Богодухов С. И. Упрочнение порошковых сталей с использованием скоростного нагрева // Машиностроитель. 1999. № 10. С. 38–40.Bogodukhov S. I. Uprochnenie poroshkovykh stalei s ispol'zovaniem skorostnogo nagreva [Hardening of powder steels using high-speed heating]. Mashinostroitel'= Mechanical engineer, 1999, no. 10, pp. 38–40.Корнопольцев В. Н. Интенсификация процессов борирования углеродистых сталей порошковыми смесями // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2013. Т. 10, № 2. С. 266–271.Kornopoltsev V. N. Intensifikatsiya protsessov borirovaniya uglerodistykh stalei poroshkovymi smesyami [Intensification of boration processes of carbon steels with powder mixtures]. Fundamental'nye problemy sovremennogo materialovedeniya =Fundamental Problems of Modern Materials Science, 2013, vol. 10, no. 2, pp. 266–271.Влияние химико-термической обработки на структуру и свойства низколегированных порошковых сталей / Ю. Г. Дорофеев, С. С. Михайленко, А. В. Бабец, А. Г. Сычев, В. И. Устименко // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2004. № 5. С. 37–40.Dorofeev Yu. G., Mikhailenko S. S., Babets A.V., Sychev A. G., Ustimenko V. I. Vliyanie khimiko-termicheskoi obrabotki na strukturu i svoistva nizkolegirovannykh poroshkovykh stalei [Influence of chemical and thermal treatment on the structure and properties of low-alloy powder steels]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Severo-Kavkazskii region. Tekhnicheskie nauk = Proceedings of Higher Educational Institutions. The NorthCaucasian region. Technical sciences, 2004, no. 5, pp. 37–40.Ageev E. V., Latypov R. A. Fabrication and investigation of carbide billets from powders prepared by electroerosive dispersion of tungsten-containing wastes // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2014. Vol. 55, No. 6. Р. 577–580.Ageev E. V., Latypov R. A. Fabrication and investigation of carbide billets from powders prepared by electroerosive dispersion of tungsten-containing wastes. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2014, vol. 55, no. 6, pp. 577–580.Elemental composition of the powder particles produced by electric discharge dispersion of the wastes of a VK8 hard alloy / R. A. Latypov, G. R. Latypova, E. V. Ageev, A. Y. Altukhov, E. V. Ageeva // Russian metallurgy (Metally). 2017. Vol. 2017, No. 12. Р. 1083–1085.Latypov R. A., Latypova G. R., Ageev E. V., Altukhov A. Y., Ageeva E. V. Elemental composition of the powder particles produced by electric discharge dispersion of the wastes of a VK8 hard alloy. Russian metallurgy (Metally), 2017, vol. 2017, no. 12, pp. 1083– 1085.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 (Metally). 2018. Vol. 2018, No. 6. Р. 573–575.Latypov R. A., Latypova G. R., Ageev E. V., AltukhovA. 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.Оценка эффективности применения твердосплавных электроэрозионных порошков 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 po-roshkov 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: Technika i technologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2012, no. 1, pp. 19–22.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 electroerosive powders]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceeding of the Southwest State University, 2012, no. 5 (44), pt. 2, pp. 99–102.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 = Proceeding of the Southwest State University, 2011, no. 5 (38), pt. 1, pp. 138a–144.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 hard-alloy products by cold isostatic pressing of electroerosive powders and their research]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceeding of the Southwest State University, 2013, no. 5 (50), pp. 116–125.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 ЮгоЗападного 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 avtotrak-tornoi tekhniki [Powders obtained by electroerosive dispersion of solid alloy waste - a promising material for restoring parts of automotive equipment]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceeding of the Southwest State University, 2012, no. 1 (40), pt. 1, pp. 182–189.Патент 2449859 Рос. Федерация, МПК В 22 F 9/14, В 23 Н 1/02, В 82 Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков 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 tokoprovodyashchikh materialov [Installation for the production of nanodisperse powders of conductive materials]. Patent RF, no. 2449859, 2012.

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