Расчетное и экспериментальное обоснование эффективности технологии получения железохромоникелевых порошков регламентированной дисперсности из металлоотходов сплава 20Х25Н20С2 в спирте

Цель. Расчетное и экспериментальное обоснование эффективности технологии электродиспергирования для получения железохромоникелевых порошков регламентированной дисперсности из металлоотходов сплава 20Х25Н20С2 в спирте.

Методы. Для выполнения намеченных исследований были выбраны отходы сплава 20Х25Н20С2 в виде кусков прутка диаметром 6 мм и длиной 15 мм. Реализация поставленных в исследовании задач базировалась на экспериментальном изучении процесса получения порошковых материалов из отходов сплава 20Х25Н20С2 путём их электрического диспергирования в органической жидкой среде. В качестве диэлектрической среды использовался изопропиловый спирт (пропанол-2, ТУ 6-09-402-87). Далее проводился подбор и обоснование рациональных режимов диспергирования, после чего выполнялось исследование дисперсного состава частиц, сформированных при оптимизированных технологических параметрах.

Результаты. В рамках достижения поставленной цели исследования расчётным путём установлено предельно допустимое значение оптимизируемого параметра, характеризующего дисперсность порошкового материала, при котором средний размер частиц составляет 75,4 мкм. Данное значение реализуется при ёмкости разрядных конденсаторов 65,5 мкФ, напряжении, подводимом к электродам, равном 200 В и частоте импульсного воздействия 200 Гц. Экспериментальная верификация выполнена с применением лазерного анализатора Analysette 22 MicroTec, по результатам которой установлено, что размерный диапазон частиц железохромоникелевого порошка находится в пределах 0,1–100,0 мкм, а средний объёмный диаметр соответствует расчётному значению и равен 75,4 мкм.

Экспериментально установлено, что порядка 7% частиц порошка имеют размер от 0,1 мкм до 1 мкм. Данная мелкодисперсная фракция порошка образуется при кристаллизации паровой фазы металла, выбрасываемого из точки импульсного электрического разряда. Остальные 83% частиц порошка имеют размер от 1 мкм до 100 мкм. Данная фракция порошка образуется при кристаллизации жидкой фазы металлоотхода.

Заключение. Рециклинг железохромоникелевого сплава 20Х25Н20С2 будет способствовать ресурсосбережению, импортозамещению и обеспечению технологического суверенитета Российской Федерации.

1. Скворцов А. А., Гнатюк Е. О. Упрочнение образцов из титанового и железохромоникелевого сплавов для повышения прочностных, ресурсных и усталостных характеристик // Технология металлов. 2019. № 12. С. 26-30. https://doi.org/10.31044/1684-2499-2019-12-0-26-30. EDN DXPNSV.

2. Муравьев В. В., Муравьева О. В., Владыкин А. Л. Акустические и электромагнитные свойства мартенситно-стареющего железохромоникелевого сплава с добавлением меди при механическом растяжении // Дефектоскопия. 2023. № 5. С. 12-20. https://doi.org/10.31857/S0130308223050020. EDN YZXLMH.

3. Структура и свойства сварных швов при электронно-лучевой сварке железохромоникелевого сплава ЭП718 / С. Л. Исаев, Д. А. Баранов, Е. Ю. Щедрин, В. С. Муратов, К. В. Никитин, С. С. Жаткин // Известия вузов. Цветная металлургия. 2023. Т. 29, № 6. С. 44-53. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2023-6-44-53. EDN HWIZGH.

4. Амирханова Н. А., Галиев В. Э., Устюжанина С. В. Особенности высокоскоростного растворения железохромоникелевого сплава ХН35ВТЮ применительно к электрохимической обработке // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2012. Т. 16, № 5(50). С. 132-136. EDN PWZTHB.

5. Амирханова Н. А., Устюжанина С. В. Исследование возможности электрополирования железохромоникелевого сплава ХН35ВТЮ в различных электролитах после электрохимической обработки // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2014. Т. 18, № 2(63). С. 47-53. EDN SEAXPJ.

6. Анализ структуры и прочностных свойств жаропрочного железохромоникелевого (Inconel 718) сплава, полученного с использованием вторичной металлопорошковой композиции при прямом лазерном выращивании / Д. А. Баранов, Е. Ю. Щедрин, С. С. Жаткин, К. В. Никитин // Литье и металлургия. 2024. № 2. С. 57-62. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-2-57-62. EDN PDXDLI.

7. Исследование свойств жаропрочного никелевого и железохромоникелевого сплава, полученного с использованием вторичной металлопорошковой композиции при прямом лазерном выращивании / Д. А. Баранов, Е. Ю. Щедрин, О. Н. Гусев [и др.] // Литейщик России. 2024. № 10. С. 14-19. EDN OHPKHK.

8. Хорьякова Н. М., Агеев Е. В., Агеева Е. В. Электроэрозионные медные порошки для гальванических покрытий // Упрочняющие технологии и покрытия. 2014. № 4(112). С. 18-20. EDN QFQFMG.

9. Получение износостойких порошков из отходов твердых сплавов / Е. В. Агеев, В. Н. Гадалов, Б. А. Семенихин, Е. В. Агеева, Р. А. Латыпов // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. № 12. С. 39-44. EDN NBXQRT.

10. Рентгеноструктурный анализ порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава / Е. В. Агеев, В. Н. Гадалов, Б. А. Семенихин, Е. В. Агеева, Р. А. Латыпов // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. № 2. С. 42-44. EDN NDINXT.

11. Рентгеноспектральный микроанализ частиц порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава / Е. В. Агеев, В. Н. Гадалов, Б. А. Семенихин, Е. В. Агеева, Р. А. Латыпов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2011. № 2(74). С. 13-16. EDN LVQSGC.

12. Определение основных закономерностей процесса получения порошков методом электроэрозионного диспергирования / Е. В. Агеев, Е. В. Агеева, А. С. Чернов, Г. С. Маслов, Е. И. Паршина // Известия Юго-Западного государственного университета. 2013. № 1(46). С. 85-90. EDN PGMCAA.

13. Агеев Е. В., Агеева Е. В., Воробьев Е. А. Гранулометрический и фазовый составы порошка, полученного из вольфрамсодержащих отходов инструментальных материалов электроэрозионным диспергированием в керосине // Упрочняющие технологии и покрытия. 2014. № 4(112). С. 11-14. EDN SAMGBH.

14. Агеев Е. В., Новиков Е. П., Алтухов А. Ю. Технология переработки алюминиевых деталей автомобилей до микро и нанофракций // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования. 2015. Т. 2, № 1(2). С. 328-332. https://doi.org/10.12737/14066. EDN UQGRVT.

15. Manufacture of Cobalt-Chromium powders by the electric discharge dispersion of wastes and their investigation / R. A. Latypov, E. V. Ageev, A. Y. Altukhov, E. V. Ageeva // Russian Metallurgy (Metally). 2018. Vol. 2018, no. 12. P. 1177-1180. https://doi.org/10.1134/S0036029518120108. EDN MWHYYK.

16. Агеев Е. В., Новиков Е. П., Переверзев В. О. Оптимизация процесса получения титановых порошков для аддитивных машин электроэрозионным диспергированием металлоотходов сплава ОТ4 в спирте // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2024. № 7(290). С. 35-44. https://doi.org/10.35211/1990-5297-2024-7-290-35-44. EDN LSEANQ.

17. Математический размерный анализ порошков, полученных электроэрозионным диспергированием жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в воде / Е. В. Агеев, А. Е. Гвоздев, Е. А. Протопопов, В. О. Поданов, А. Е. Агеева // Чебышевский сборник. 2022. Т. 23, № 1(82). С. 197-208. https://doi.org/10.22405/2226-8383-2022-23-1-197-208. EDN CSZTGI.

18. Численная оптимизация процесса получения шихты электродиспергированием отходов сплава Т5К10 / Е. В. Агеев, Е. В. Агеева, А. Е. Гвоздев, А. А. Калинин // Чебышевский сборник. 2022. Т. 23, № 1(82). С. 183-196. https://doi.org/10.22405/2226-8383-2022-23-1-183-196. EDN HLQVUC.

19. Морфологии и гранулометрический состав экспериментального безвольфрамового твердосплавного порошкового материала / Е. В. Агеев, Б. Н. Сабельников, А. П. Башкирев, Е. Е. Сивак // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2025. Т. 15, № 3. С. 44-53. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2025-15-3-44-53. EDN FSTRYX.

20. Агеев Е. В., Латыпова Г. Р., Агеева А. Е. Гранулометрический состав титановых порошков, полученных для аддитивных машин электродиспергированием отходов сплава ОТ4 в воде // Электрометаллургия. 2025. № 3. С. 34-40. https://doi.org/10.31044/1684-5781-2025-0-3-34-40. EDN ELYQIA.