Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по техническим специальностям

На правах рукописи

Агеев Евгений Викторович

Исследование и практическое применение порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов

Специальность 05.16.09 - Материаловедение (металлургия)

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва - 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Московский государственный вечерний металлургический институт

Научный консультант: Латыпов Рашит Абдулхакович доктор технических наук, профессор Официальные Роберов Илья Георгиевич оппоненты: доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Московский государственный вечерний металлургический институт, профессор кафедры металловедения и обработки металлов Еремеева Жанна Владимировна доктор технических наук, профессор, НИТУ Московский институт сталей и сплавов, профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий Голубев Иван Григорьевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Московский государственный университет леса, профессор кафедры технологии машиностроения и ремонта

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГНУ ГОСНИТИ)

Защита состоится л06 декабря 2012 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.127.01 при ФГБОУ ВПО Московский государственный вечерний металлургический институт по адресу:

111250, Москва, ул. Лефортовский вал, 26. ауд. 206.

Телефон: (495) 361-14-80, факс (495) 361-16-19, e-mail: mgvmi-mail@mtu-net.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Московский государственный вечерний металлургический институт.

Автореферат разослан л__ _____________ 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент А.В. Шульгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Спеченные твердые сплавы имеют в современной технике очень большое значение. Основой большинства применяемых твердых сплавов является карбид вольфрама. Анализ исследовательских работ в области вольфрамсодержащих твердых сплавов показывает, что большинство из них связано с вопросом экономии вольфрама. Этот вопрос имеет весьма актуальное значение в связи с дефицитом, дороговизной и непрерывным расширением областей применения вольфрама. С экономией вольфрама тесно связаны мероприятия по сбору отходов твердых сплавов и их переработка. В отечественной и зарубежной промышленности в настоящее время применяют несколько методов переработки отходов твердых сплавов, которые в большинстве своем характеризуются крупнотоннажностью, энергоёмкостью, большими производственными площадями, малой производительностью, а также экологическими проблемами. Одним из перспективных методов получения порошка, практически из любого токопроводящего материала, в том числе и твердого сплава, отличающийся относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса, является метод электроэрозионного диспергирования (ЭЭД).

Широкое использование метода ЭЭД для переработки вольфрамсодержащих твердых сплавов в порошки с целью их повторного использования сдерживается отсутствием в научно-технической литературе полноценных сведений по влиянию исходного состава, режимов и среды получения на свойства порошков и технологий практического применения. Поэтому для разработки технологий повторного использования порошков, полученных из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов, и оценки эффективности их использования требуется проведение комплексных теоретических и экспериментальных исследований.

Кроме того, одной из основных проблем развития современного машиностроения является повышение качества, надежности и долговечности деталей, узлов и механизмов. Одной из основных причин выхода из строя является их изнашивание. При большом многообразии видов и механизмов изнашивания в машиностроении одной из актуальных проблем является повышение качества деталей, работающих в условиях абразивного и коррозионноабразивного изнашивания, характерных для сельхозмашин, автомобилей, дорожно-строительных, пищеперерабатывающих машин, горнодобывающего оборудования и т.д. Эта проблема может быть решена за счет применения эффективных методов изготовления, восстановления и упрочнения деталей машин путем применения специальных материалов, обеспечивающих получение покрытия с заданными физико-механическими свойствами. Такими материалами, с точки зрения цены и качества, являются, прежде всего, порошковые твердые сплавы, полученные из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.

Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы Научные и научно-педагогические кадры инновационной России по темам государственных контрактов: Получение порошковых материалов из отходов спеченных твердых сплавов, их аттестация и применение в технологиях восстановления и упрочнения деталей машин (гос. регистр. № П601); Получение и исследование нанопорошков из отходов спеченных твердых сплавов (гос.

регистр. № П1288); Разработка и исследование металлокерамических порошков на основе системы WC-Cо (гос. регистр. № П1250); Повышение эксплуатационных характеристик и экологической безопасности изделий из инструментальных и конструкционных сталей электроискровой и химикотермической обработками (гос. регистр. № П653).

Цель и задачи работы Целью работы является исследование и разработка процесса получения порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов электроэрозионным диспергированием, их практическое применение в технологиях восстановления и упрочнения деталей.

В соответствии с поставленной целью решали следующие задачи:

1. Исследовать процесс ЭЭД отходов твердого сплава марок ВК8, Т15К6, ТТ20К9 и установить механизм формообразования частиц порошка и зависимость их размера и производительности от условий осуществления процесса.

2. Исследовать влияние условий осуществления электроэрозионного диспергирования отходов твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9 на состав, строение и свойства порошков: гранулометрический состав, химический состав, форму и морфологию частиц, удельную поверхность, рентгеноспектральный состав, рентгеноструктурный (фазовый) состав, микротвердость, прессуемость и насыпную плотность.

3. Разработать технологию и оборудование для получения порошков из отходов твердых сплавов, пригодных к практическому применению.

4. Разработать технологию получения износостойких покрытий на деталях машин и режущем инструменте с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.

5. Установить зависимости структуры, микротвердости и износостойкости покрытий, полученных методами электроискрового легирования, наплавки и железнения, от состава и свойств порошков, полученного ЭЭД вольфрамсодержащих твердых сплавов.

6. Разработать математическую модель определения оптимального состава порошковой композиции для получения покрытий с использованием в качестве упрочняющей фазы порошка, полученного из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.

7. Разработать технологию упрочнения режущего инструмента электроискровым легированием с использованием в качестве электродного материала твердого сплава, полученного из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования.

Научная новизна 1. Исследован процесс электроэрозионного диспергирования отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. Установлено, что в зависимости от энергетических характеристик искрового разряда в межэлектродном промежутке возможны следующие механизмы образования частиц порошка:

- образование частиц осколочной формы размером до 50 мкм в результате хрупкого разрушения поверхности твердого сплава. Такие частицы имеют неправильную форму, в том числе с оплавленными гранями и краями;

- образование частиц каплеобразной формы размером от 0,1 до 5 мкм в результате плавления участков поверхности твердого сплава;

- образование частиц размером от 0,003 до 0,1 мкм в результате расплавления и кипения участков поверхности твердых сплавов и их испарения с последующей конденсацией в рабочей жидкости. Такие частицы имеют неправильную форму и обычно агломерируются друг с другом и на поверхности других частиц.

2. Установлены корреляционные зависимости между энергетическими параметрами электроэрозионного диспергирования с гранулометрическим составом порошков и производительностью процесса. Показано, что повышение напряжения, емкости разрядных конденсаторов и частоты импульсов увеличивает производительность процесса. Установлено, что в порошке превалируют частицы, полученные кристаллизацией расплавленного материала, которые имеют правильную сферическую или эллиптическую форму.

3. Установлены зависимости состава, строения и свойств порошка из отходов твердых сплавов ВК8, Т15К6 и ТТ20К9 от состава и свойств рабочей жидкости. Установлено, что с повышением вязкости и температуры кипения рабочей жидкости дисперсность порошков уменьшается, а количество высокотемпературной фазы -WC увеличивается. Показано, что диспергирование твердого сплава в углеродсодержащей жидкости снижает потери углерода в сравнении с диспергированием в кислородсодержащей жидкости и способствует образованию фаз ЦWC, -WC, ТiС и ТаС. Установлено, что диспергирование в кислородсодержащей жидкости приводит к потере углерода в порошке вплоть до получения фаз W2C и W. Установлено также, что порошки, полученные методом электроэрозионного диспергирования, имеют большую микротвердость, чем исходные сплавы.

4. Установлены взаимосвязи зависимости структуры, микротвердости и износостойкости покрытий, полученных железнением, электродуговой наплавкой, плазменно-порошковой наплавкой и электроискровым легированием, на деталях машин и инструменте от состава и свойств порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. Установлено также, что введение твердосплавных порошков в качестве упрочняющей фазы увеличивает ресурс восстановленных деталей и стойкость режущего инструмента в 1,3Е4,8 раза.

5. Установлено, что основным элементом в порошках из сплава Т15К6 после их спекания является WС со средним размером зерна 1,07 мкм и пористостью 9,18%.

Практическая значимость Разработаны и внедрены в производство технология и оборудование для получения порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9, пригодных к промышленному использованию (патенты РФ 2455117 и 2449859), технологии получения износостойких покрытий на деталях машин и режущих кромках металлообрабатывающих инструментов с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов (патенты РФ 2364482 и 2424382) и технология изготовления электродного материала для электроискрового легирования из таких же отходов, позволившие в 1,3Е4,8 раза повысить ресурс восстановленных и упрочненных деталей.

Реализация результатов работы Разработанные технологии и оборудование апробированы и внедрены: в ООО РосУтилизация 46 г. Курск; в ЦКП НИУ БеГУ Диагностика структуры и свойств наноматериалов г. Белгород; в ОАО Краснополянская сельхозтехника г. Курск; в ООО Завод по ремонту горного оборудования Михайловского горно-обогатительного комбината г. Железногорск; в ООО НВА АГРОСЕРВИС п. Коренево Курской области; в ООО СервисЧерноземье г. Курск; в ОАО Геомаш г. Щигры; в ООО КСТ г. Курск.

Материалы исследований внедрены в учебный процесс при чтении лекций, выполнении лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов и работ со студентами, магистрантами и аспирантами: в ФГБОУ ВПО Московский государственный вечерний металлургический институт по дисциплине Технология металлизации сварочными методами специальности 150107.Металлургия сварочного производства; в ФГБОУ ВПО Юго-Западный государственный университет по дисциплинам Сварка и наплавка в ремонтном производстве, Материаловедение, Спецглавы материаловедения, Основы технологии производства и ремонт автомобилей по специальностям 150202.65 Оборудование и технология сварочного производства, 190601.65 Автомобили и автомобильное хозяйство, 190603.65 Сервис транспортных машин и технологического оборудования; в ФГБОУ ВПО Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И.

Иванова по дисциплинам Технология ремонта машин, Монтаж, эксплуатация и ремонт технологического оборудования, Надежность и ремонт машин по специальностям 110301.65 Механизация сельского хозяйства, 110302.65 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства, 110303.Механизация переработки сельхозпродукции, 110304.65 Технология обслуживания и ремонта машин в АПК; в ФГБОУ ВПО Курский государственный университет индустриально-педагогический факультет по специальности 030600 Технология и предпринимательство со специализацией Автодело и техническое обслуживание автомобилей.

Достоверность полученных результатов обеспечивается сопоставлением теоретических результатов с экспериментальными данными, в том числе с результатами исследований других авторов, а также оценкой погрешности эксперимента статистическими методами и успешной реализации разработанных технологий в производстве, применением отработанных методов и технических средств.

ичный вклад соискателя состоит: в постановке цели и задач исследований; в разработке, изготовлении и патентовании установки для получения дисперсных порошков из токопроводящих материалов; в организации и проведении экспериментальных и исследовательских работ; в исследовании влияния режимов ЭЭД на структуру, физико-механические и физикотехнологические свойства порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов; в установлении взаимосвязи между структурой и свойствами этих порошков со структурой и физико-механическими свойствами покрытий, полученных на деталях машин и инструменте методами электроискрового легирования, наплавки и железнения; в анализе, интерпретации и обобщении полученных результатов, а также подготовке публикаций по выполненной работе.

На защиту выносятся 1. Теоретические, технологические и технические решения, позволяющие получать порошки из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов, пригодные для практического использования.

2. Совокупность экспериментально установленных закономерностей получения порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования.

3. Установленные зависимости влияния условий осуществления процесса ЭЭД на физико-механические и технологические свойства порошков:

гранулометрический состав, химический состав, форму и морфологию частиц, удельную поверхность, рентгеноспектральный состав, рентгеноструктурный (фазовый) состав, микротвердость, прессуемость и насыпную плотность.

4. Результаты экспериментальных исследований влияния добавок порошков, полученных методом электроэрозионного диспергирования отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов, на физико-механические свойства покрытий на деталях машин.

5. Технологические решения, направленные на управление качеством износостойких покрытий, получаемых с добавлением твердосплавных порошков.

Апробация работы Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. Всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях: Материалы и упрочняющие технологии (Курск, 2002-212 гг.);

Актуальные проблемы машиностроения (Самара, 2009, 2010 гг.); Современные наукоемкие инновационные технологии (Самара, 2009, 2010 гг.);

Механики XXI веку (Братск, 2009 г.); Проблемы и достижения автотранспортного комплекса (Екатеринбург, 2009 г.); Защитные и специальные по крытия, обработка поверхности в машиностроении и приборостроении (Пенза, 2009 г.); Современные твердофазные технологии: теория, практика, инновационный менеджмент (Тамбов, 2009-2012 г.).

2. Международных научно-технических и научно-практических конференциях, форумах, симпозиумах и семинарах: Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации (Курск, 2004-гг.); Славяновские чтения (Сварка - XXI век) (Липецк, 2004, 2009 гг.);

Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике (Воронеж, 2004 г.); Новые материалы и технологии в машиностроении (Брянск, 2007-2012 гг.); Автомобиль и техносфера (Казань, 2007, 2010 гг.); Современные проблемы машиностроения (Томск, 2008-2011 гг.); Материалы и технологии XXI века (Пенза, 2009 г.); Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей, механизмов, оборудования инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня (С.Петербург, 2009, 2010 гг.); Информационно-измерительные, диагностические и управляющие системы (Диагностика - 2009) (Курск, 2009 г.); Современная техника и технологии (СТТ 2009) (Томск, 2009 г.); Инновации, качество и сервис в технике и технологиях (Курск, 2009 г.); Молодежь и XXI век (Курск, 2009 г.); Экономика природопользования и природоохраны (Пенза, 2009); Инновационная Россия: опыт регионального развития (Курск, 2009); Современные автомобильные материалы и технологии (Курск, 2009-2012 гг.); Хtn international Russian-Chinese Symposiums (Khabarovsk, 2009 г.); Создание новых материалов для эксплуатации в экстремальных условиях (Якутск, 2009 г.); Современные технологии в машиностроении (Пенза, 2009 г.); Актуальные проблемы экологии и охраны труда (Курск, 2010, 2011 гг.); Композиционные материалы в промышленности (Ялта-Киев, 2010 г.); Актуальные вопросы современной техники и технологии (Липецк, 2010 г.); Фундаментальные и прикладные проблемы машиностроения (Технология - 2010) (Орел, 2010 г.); Современное материаловедение и нанотехнологии (Комсомольск-на-Амуре, 2010 г.); Научные проблемы автомобильного транспорта (Москва, 2010 г.); Интеграция науки, образования и производства в области агроинженерии (Москва, 2010 г.); Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей (Москва, 2010 г.); Современные методы и технологии создания и обработки материалов (Минск, 2010 г.); Наука и инновации в сельском хозяйстве (Курск, 2011 г.); Современные материалы, техника и технологии (Курск, 2011 г.); Прогрессивные технологии в современном машиностроении (Пенза, 2011 г.); Техника и технологии: пути инновационного развития (Курск, 2011, 2012 гг.); Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов (Курск, 2011 г.); Физико-математическое моделирование систем (Воронеж, 2011 г.); Научное обеспечение агропромышленного производства (Курск, 2012 г.); Научные проблемы эффективного использования тяговотранспортных средств в сельском хозяйстве (Москва, 2012 г.) и др.

Публикации. Основные научные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 149 работах, в том числе: четырех монографиях, 40 публикациях в изданиях, рекомендованных ВАК, четырех патентах РФ на изобретение, одном свидетельстве о государственной регистрации программы для ЭВМ, одном учебном пособии, пяти методических рекомендациях, семи зарегистрированных отчетах о научно-исследовательских работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 360 страниц, в том числе 22 таблицы, 65 рисунков, 23 страницы приложений. Список литературы включает в себя 420 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, изложена научная новизна и практическая значимость работы, а также приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен анализ состояния проблемы получения порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. Установлено, что в настоящее время промышленно применяемые технологии получения порошков путем переработки отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов отличаются крупнотоннажностью, энергоёмкостью, большими производственными площадями, а также, зачастую, экологическими проблемами (сточные воды, вредные выбросы). Отмечено также, что одним из наиболее перспективных методов получения порошков, практически из любого токопроводящего материала, в том числе и твердого сплава, является метод ЭЭД, который отличается относительно невысокими энергетическими затратами, безвредностью и экологической чистотой процесса, отсутствием механического износа оборудования, получением порошка непосредственно из кусков твердого сплава различной формы за одну операцию, получением частиц преимущественно сферической формы размером от нескольких нанометров до сотен микрон. Показано, что к настоящему времени уровень разработки метода ЭЭД достиг опытно-промышленного производства. Однако, аттестация и использование получаемых порошков сдерживается отсутствием эффективного оборудования, позволяющего стабильно получать материалы с заранее заданными свойствами. Сформулированы цель и задачи работы.

Во второй главе описаны металлургические особенности процесса электроэрозионного диспергирования отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. Процесс электроэрозионного диспергирования (рис. 1) представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами, находящимися в рабочей жидкости.

а) б) Рис. 1. Процесс ЭЭД: а) схема установки; б) схема процесса Импульсное напряжение генератора 1 прикладывается к электродам 2 и 3 и далее к пластинам твердого сплава 6. В качестве электродов служат также пластины твердого сплава. При достижении напряжения определённой величины происходит электрический пробой рабочей жидкости 5, находящейся в межэлектродном пространстве, с образованием канала разряда 7. Благодаря высокой концентрации тепловой энергии, материал в точке разряда 8 плавится и испаряется, рабочая жидкость испаряется и окружает канал разряда газообразными продуктами распада 9.

В результате развивающихся в канале разряда и продуктах распада рабочей жидкости значительных динамических сил, капли расплавленного материала 4 выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую жидкость, окружающую электроды, и застывают в ней, образуя каплеобразные частицы твердого сплава.

В третьей главе описаны используемые материалы и методики исследований. Отечественная промышленность выпускает, а предприятия используют и накапливают отходы трех групп вольфрамсодержащих твердых сплавов, различающихся по составу их карбидной основы: вольфрамовые - группа ВК (сплавы WCЦСо); титано-вольфрамовые - группа ТК (сплавы WCЦTiCЦ Со); титано-тантало-вольфрамовые - группа ТТК (сплавы WCЦTiCЦТаСЦCo).

Для выполнения намеченных исследований выбраны пластины твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9, отходы которых на предприятиях РФ скапливаются в наибольшем объеме. В качестве рабочих жидкостей использовались кислородсодержащая - вода дистиллированная и углеродсодержащая - керосин осветительный.

При решении поставленных задач использовали современные методы испытаний и исследований, в том числе:

Ц гранулометрический состав порошков определяли на лазерном анализаторе размеров частиц Analysette 22 NanoTec и атомно-силовом микроскопе SmartSPM фирмы AIST-NT;

Ц удельную поверхность порошков определяли по одно- и пятиточеч ному методу БЭТ на газо-адсорбционном анализаторе TriStar II 3020;

Ц содержание кобальта и титана определяли с помощью атомноэмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на атомноэмиссионном спектрометре фирмы HORIBA Jobin Yvon модель ULTIMA 2;

Ц содержание общего углерода определяли методом сжигания в потоке кислорода на анализаторе углерода и серы Leco CS-400;

Ц содержание свободного углерода определяли потенциометрическим методом по ГОСТ 25599.2Ц83 Сплавы твёрдые спечённые. Методы определения свободного углерода;

Ц содержание кислорода определяли методом восстановительного плавления (графитовый тигель) в импульсной печи сопротивления в токе инертного газа (гелий) на анализаторе кислорода и азота Leco TC-600;

Ц химический анализ на предмет наличия примесей, а также соотношения вольфрама, кобальта и титана проводили на аппарате рентгеновском для спектрального анализа СПЕКТРОСКАН MAKC-GV;

Ц определение формы и морфологии поверхности частиц, рентгеноспектральный микроанализ, исследование элементного состава образцов порошка проводили на электронно-ионном сканирующем (растровом) микроскопе с полевой эмиссией электронов QUANTA 600 FEG и энерго-дисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы EDAX;

Ц рентгеноструктурный (фазовый) анализ проводили на рентгеновском дифрактометре Rigaku Ultima IV;

Ц микротвёрдость определяли с помощью прибора ПМТЦ3 (ТУ 3-3.1377Ц 83) квадратной алмазной пирамидкой с углом при ее вершине 136 по ГОСТ 9450Ц76 Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников, а твердость - ТК-2 методами Роквелла по ГОСТ 9013-79;

Ц исследование прессуемости порошков проводили на прессе ПГ-25.

Геометрические размеры образца определяли с помощью микрометра МК (ГОСТ 6507-90), а массу - с помощью аналитических весов ВСЛ-200/0,1А;

Ц насыпную плотность порошков определяли в соответствии с ГОСТ 19440-94;

Ц изостатическое прессование порошка проводили на прессе EPSI при давлении 300 МПа, а спекание - в высокотемпературной печи Nabertherm в вакууме при температуре 1500 С;

Ц механическую обработку спеченных образцов проводили с помощью автоматического высокоточного настольного отрезного станка Accutom-5 и шлифовально-полировального станка LaboPol-5;

Ц металлографические исследования (микроструктуру, пористость, размер зерна) проводили с помощью оптического инвертированного микроскопа OLYMPUS GX51, оснащенного системой автоматизированного анализа изображений SIMAGIS Photolab и микроскопа МИМ-7;

Ц испытания образцов с покрытиями на износостойкость проводили на машине трения СМЦ-2 по схеме ролик-ролик и на лабораторной установке по схеме колодка-ролик и др.

В четвертой главе представлены технология и оборудование для получения порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов, пригодных к промышленному использованию. Приведена оценка производительности процесса ЭЭД и размера частиц, получаемого порошка. На основании анализа существующего оборудования для осуществления процесса ЭЭД разработана установка, состоящая из регулятора напряжения, генератора импульсов и реактора (рис. 2).

а) б) Рис. 2. Экспериментальная установка ЭЭД:

а) структурная схема; б) генератор импульсов Регулятор напряжения служит для регулирования и установки необходимого переменного напряжения на входе генератора импульсов. В качестве регулятора напряжения использован регулятор напряжения однофазный РНОЦ250Ц10 ТУ 16.-517.298Ц70 с диапазоном регулирования выходного напряжения от 0 до 250 В, силой тока до 40 А и максимальной мощностью 10 кВт. Для получения порошков методом ЭЭД разработан и создан генератор импульсов, который состоит из двух основных функциональных узлов:

силового блока и блока управления. В состав силового блока входят: однофазный выпрямитель, преобразующий переменное напряжение от 0 до 250 В в постоянное; опорная батарея конденсаторов, фильтрующих выпрямленное напряжение; зарядный тиристорный коммутатор, обеспечивающий резонансный заряд рабочего накопителя и его отключение от опорной батареи конденсаторов на время формирования импульса разрядного тока; рабочий накопитель, накапливающий электрическую энергию и отдающий ее в нагрузку; разрядный тиристорный коммутатор, подключающий заряженный рабочий накопитель к нагрузке и исключающий влияние режимов разряда на режимы потребления электрической энергии от питающей сети. Для контроля за ре жимами работы силового блока предусмотрены: вольтметр постоянного напряжения, контролирующий величину напряжения на опорной батарее конденсаторов и вольтметр амплитудных значений, осуществляющий контроль за максимальным напряжением на рабочем накопителе.

На основании проведенных исследований разработана технология получения порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов методом ЭЭД, позволяющая получать порошки из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов, пригодные для повторного использования в технологиях изготовления компактных изделий, в частности электродов для упрочнения кромок режущего инструмента различного назначения, а также в технологиях восстановления и упрочнения деталей машин железнением, различными видами наплавки и электроискрового легирования. Отмечено, что стоимость таких порошков в 2-3 раза ниже стоимости промышленных.

При получении порошков методом ЭЭД основными регулируемыми параметрами процесса порошкообразования являются средний размер частиц порошка, производительность процесса и химический состав порошка. Первые два параметра можно в широких пределах изменять (изменяя электрические параметры процесса), тогда как химический состав порошка зависит от начального химического состава диспергируемого материала и химического состава применяемой рабочей жидкости. На рис. 3 представлено влияние основных технологических параметров ЭЭД на производительность процесса и средний размер частиц порошка.

Видно, что увеличение напряжения на электродах и емкости разрядных конденсаторов приводит к росту среднего размера частиц и производительности процесса диспергирования. Частота следования импульсов также увеличивает производительность процесса. При этом отмечено, что изменение частоты следования импульсов практически не оказывает влияние на средний размер частиц порошка.

В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследований строения и свойств порошков, полученных из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9 методом ЭЭД в углеродсодержащей жидкости (керосине осветительном) и кислородсодержащей жидкости (воде дистиллированной).

Результаты исследования гранулометрического состава порошков представлены на рис. 4. Установлено, что порошки, полученные из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов, имеют размер частиц от 3 нм до 50 мкм.

Отмечено, что на гранулометрический состав порошка полученного ЭЭД, наиболее существенное влияние оказывают режимы диспергирования (напряжение, емкость конденсаторов и частота следования импульсов) и свойства рабочей жидкости.

Рис. 3. Зависимости среднего размера частиц и производительности процесса ЭЭД отходов твердых сплавов: 1 - ВК8 в воде, 2 - ВК8 в керосине, 3 - ТТ20К9 в воде, 4 - ТТ20К9 в керосине, 5 - Т15К6 в воде, 6 - Т15К6 в керосине а) б) в) г) д) е) Рис. 4. Гранулометрический состав порошка, полученного ЭЭД отходов твердого сплава при С=2,5 мкФ и U=140 В: а) ВК8 в воде; б) ВК8 в керосине; в) Т15Кв воде; г) Т15К6 в керосине; д) ТТ20К9 в воде; е) ТТ20К9 в керосине Экспериментально установлено, что с увеличением напряжения на электродах реактора и (или) емкости разрядных конденсаторов увеличивается количество более крупных частиц и уменьшается количество мелких частиц.

На рис. 5 представлены микрофотографии частиц порошка, полученного ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов при С=2,5 мкФ и U=140 В.

Исследования показали, что с увеличением энергии импульса средний размер частиц порошка увеличивается. Это связано с тем, что при меньшей энергии импульса градиент температур выше, следовательно, доля материала, образующегося кристаллизацией паровой фазы больше. При этом с увеличением энергии импульса количество паровой фазы, которая облепляет сферические частицы жидкой фазы, уменьшается. Установленные закономерности позволяют сделать вывод о том, что при ЭЭД можно управлять средним размером частиц получаемого порошка и его гранулометрическим составом с помощью энергии импульса в достаточно широких пределах.

Химический состав порошков, полученных методом ЭЭД из отходов твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9, а также исходных твердых сплавов представлен в табл. 1.

Таблица Химический состав твердосплавных порошков, % масс. (остальное W) Марка Способ получения Со Собщ Ссвоб О2 ТiС ТаС сплава ЭЭД в керосине 8,32 5,89 2,13 - Ц - ЭЭД в воде 7,32 2,93 0,15 1,24 - Ц ВКПо ТУ 49-19-10.4-73 7,8-8,6 5,8 0,1 0,5 - Ц ЭЭД в керосине 5,4 9,5 6,21 - 5,1 - ЭЭД в воде 4,5 3,12 0,471 - 7,6 - Т15КПо ГОСТ 882-74 6,0 5,95 0,15 - 15 - ЭЭД в керосине 8,32 8,32 3,75 - 9,2 4,ТТ20К9 ЭЭД в воде 8,2 2,99 0,22 0,82 8,3 3,По ТУ 48-19-341Ц91 8,8-9,4 5,95 0,1 0,3 15 Видно, что при ЭЭД твердых сплавов в кислородсодержащей жидкости (воде дистиллированной) содержание углерода Собщ в порошке уменьшается в сравнении порошками, полученными промышленным методом и ЭДД в углеродсодержащей жидкости (керосине осветительном). Наличие свободного углерода Ссвоб (мелкодисперсной сажи) в порошке, полученном в керосине на порядок больше, чем в порошке, полученном в воде. Следует отметить, что наличие Ссвоб в порошках из рассматриваемых сплавов, полученных промышленным методом, существенно меньше, чем в порошках, полученных ЭДД как воде, так и в керосине.

а) б) в) г) д) е) Рис. 5. Микрофотографии частиц порошка, полученного ЭЭД: а) ВК8 в воде;

б) ВК8 в керосине; в) Т15К6 в воде; г) Т15К6 в керосине; д) ТТ20К9 в воде; е) ТТ20К9 в керосине Установлено, что процесс ЭЭД сопровождается выделением сажи, что можно визуально наблюдать при диспергировании в воде, поскольку при нагревании WC до температур 2000Ц2500 С происходит испарение углерода, так как при высоких температурах WC, ТiС и ТаС диссоциирует соответственно на W, Тi, Та и С, причем скорость испарения углерода выше скорости испарения вольфрама, титана и тантала. Это отражается на увеличении количества свободного углерода в порошке, полученном как из Т15К6, ТТ20К9, так и из ВК8. В целом, изменение химического состава порошков обусловлено диффузией элементов в рабочую жидкость и реакциями диспергируемого материала с рабочей жидкостью и продуктами ее разложения.

Результаты исследования формы и морфологии поверхности частиц порошка представлена рис. 6.

Видно, что форма частиц порошка обусловлена тем, в каком виде материал выбрасывается из лунки в процессе ЭЭД. Видно также, что в порошке превалируют частицы, имеющие правильную сферическую или эллиптическую форму. Они получаются кристаллизацией расплавленного материала (жидкой фазы). Частицы, образующиеся при кристаллизации кипящего материала (паровой фазы), имеют неправильную форму, размер на порядок меньше частиц, образующихся их жидкой фазы, и обычно агломерируются друг с другом и на поверхности других частиц. В процессе ЭЭД такие частицы наиболее подвержены химическим и фазовым изменениям.

Установлено, что частицы, выбрасываемые из лунки в твердом состоянии (твердая фаза), образуются под действием ударных волн канала разряда и под действием термических напряжений, а также частицы твердой фазы образуются при хрупком изломе острых граней и краев диспергируемого материала при его перемешивании во время процесса ЭЭД. Такие частицы, как правило, имеют неправильную осколочную форму, иногда с оплавленными гранями и краями. Таким образом, порошок, полученный методом ЭЭД из отходов спеченных твердых сплавов, состоит из частиц правильной сферической формы (или эллиптической), неправильной формы (конгломератов) и осколочной формы.

Результаты исследования удельной поверхности порошков, полученных ЭЭД твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9 представлены на рис. 7.

Удельная поверхность частиц влияет на поведение порошков при формовании и спекании, очень важна в гетерогенном катализе, адсорбции и для реакций на поверхности. Отмечено, что твердосплавные порошки имеют достаточно большую удельную поверхность от 11 до 36 м2/г.

Экспериментально установлено, что порошки из сплава ВК8 имеют меньшую удельную поверхность по сравнению с порошками из сплавов ТТ20К9 и Т15К6. Отмечено также, что порошки, полученные в керосине осветительном большую удельную поверхность по сравнению с порошками, полученными в воде дистиллированной, поскольку имеют меньшую дисперсность.

а) б) в) г) д) е) Рис. 6. Форма и морфология частиц порошка, полученного ЭЭД при С=2,мкФ и U=140 В: а) ВК8 в воде; б) ВК8 в керосине; в) Т15К6 в воде; г) Т15К6 в керосине; д) ТТ20К9 в воде; е) ТТ20К9 в керосине Рис. 7. Удельная поверхность порошков, полученных ЭЭД твердого сплава марки: 1 - ВК8 в воде, 2 - ВК8 в керосине, 3 - ТТ20К9 в воде, 4 - ТТ20К9 в керосине, 5 - Т15К6 в воде, 6 - Т15К6 в керосине Обобщенные данные по результатам исследования рентгеноспектрального микроанализа порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов в керосине осветительном и воде дистиллированной, представлены в табл. 2 и на рис. 8. Точкам, обозначенным цифрами 1, 2, 3, 4, 5, 6 на рис. 6 соответствуют спектры характеристического рентгеновского излучения порошка, представленные на рис. 8. На спектрах каждому химическому элементу соответствует пик определенной высоты.

Видно, что в порошке, полученном в кислородсодержащей жидкости (воде дистиллированной) на поверхности частиц присутствует большая часть кислорода, а в порошке, полученном в углеродсодержащей жидкости (керосине осветительном) - углерода, а все остальные элементы распределены по объему частиц относительно равномерно. Также установлено, что порошки, полученные методом ЭЭД из отходов твердых сплавов, на поверхности содержат большую часть кобальта, находящегося в их составе, т.е. плакированы кобальтом. Это объясняется существенной разницей в температурах плавления тугоплавких карбидов (WC, TiC и TаC) и легкоплавкого Со.

Таблица Результаты рентгеноспектрального микроанализа порошков Точка Содержание элемента, % W Co Ti Та Fe O С 1 82,83 5,73 - - 0,51 10,93 - 36,32 7,84 0,73 55,2 78,61 10,33 - 0,57 - 10,33,71 13,82 0,81 51,3 74,13 2,00 7,48 - 0,45 14,18 - 26,23 2,21 10,16 0,53 57,4 72,82 7,07 8,18 0,37 - 9,29,22 8,85 12,59 0,48 45,5 80,75 2,04 4,24 4,24 0,37 10,70 - 34,01 2,68 6,86 6,86 0,51 51,6 61,84 2,32 14,43 14,43 - - 19,17,1 2,01 15,39 15,39 63,Примечание:

В числителе приведены массовые доли, а в знаменателе - атомарные Результаты рентгеноструктурного (фазового) анализа порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов в керосине и воде, представлены в табл. 3.

Таблица Рентгеноструктурный (фазовый) состав порошков Фаза -WC W2C W ТiС ТаС -WC Сплав РЖ Тип кристаллической решетки ГПУ ГЦК ГПУ ОЦК ГЦК ГЦК Периоды решеток, а=2,99ВК8 ВД - а=3,1565 - Ц - с=4,73а=2,89КО а=4,2603 - Ц - с=2,8402 - а=2,97Т15К6 ВД - a=3,1638 a=4,3209 - Ц с=4,72а=2,86КО а=4,2614 - а=4,2657 - с=2,8389 - а=2,98ТТ20К9 ВД - а=3,1589 a=4,3341 a=4,3Ц с=4,73а=2,87КО a=4,2689 - а=4,2936 а=4,3с=2,8394 - Примечание:

Рабочие жидкости (РЖ): вода дистиллированная (ВД); керосин осветительный (КО) а) б) в) г) д) е) Рис. 8. Рентгенограммы порошка в точках:

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) 5; е) Рентгеноструктурный (фазовый) состав порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов, полученных ЭЭД, определяется природой рабочей жидкости: наличием углерода, диэлектрической проницаемостью и температурой ее кипения. Показано, что диспергирование в кислородсодержащей рабочей жидкости приводит к потере углерода в порошке вплоть до получения фаз W2C и W, а диспергирование в углеродсодержащей жидкости снижает потери углерода и способствует образованию фаз -WC, -WC, ТiС и ТаС.

Таким образом, на фазовый состав порошков влияет комплекс термохимических свойств рабочих жидкостей, обеспечивающих поставку активного углерода в реакционную зону при температурах, соответствующих той или иной модификации карбидов вольфрама. Это определяет выбор рабочей жидкости для получения заданного состава порошков.

Отличительной особенностью процесса порошкообразования, протекающего при ЭЭД отходов твердых сплавов, является образование быстрозакристаллизованных порошков с очень большим диапазоном скоростей охлаждения (от 102 до 1010 С/с), что отвечает условиям метастабильной кристаллизации с быстрым охлаждением, поэтому полученные порошки имеют более высокую микротвердость (табл. 4), чем исходные твердые сплавы.

Таблица Микротвердость порошков, ГПа Испытуемый материал ВК8 Т15К6 ТТ20КПорошок, полученный методом 22,0 32,5 26,ЭЭД в воде дистиллированной Порошок, полученный методом 19,0 30,0 23,ЭЭД в керосине осветительном Исходный твердый сплав 18,4 26,4 22,Установлено, что порошки, полученные ЭЭД отходов твердых сплавов в воде дистиллированной, обладают большей микротвердостью по сравнению с порошками, полученными ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов в керосине осветительном, поскольку вода обладает большей закалочной способностью.

Результаты исследования прессуемости порошков представлены на рис.

9 а. Экспериментально установлено, что порошки, полученные ЭЭД отходов твердых сплавов, обладают достаточно хорошей прессуемостью. Показано, что порошки из сплава ВК8 обладают лучшей прессуемостью по сравнению с порошками из сплавов ТТ20К9 и Т15К6. Отмечено также, что порошки, полученные в керосине осветительном, обладают лучшей прессуемостью по сравнению с порошками, полученными в воде дистиллированной, поскольку они имеют меньшую дисперсность.

Результаты исследования насыпной плотности порошков представлены на рис. 9 б. Установлено, что порошки из сплава ВК8 имеют большую насып ную плотность по сравнению с порошками из сплавов ТТ20К9 и Т15К6. Отмечено также, что порошки, полученные в керосине осветительном, имеют бльшую насыпную плотность по сравнению с порошками, полученными в воде дистиллированной, поскольку имеют также меньшую дисперсность.

а) б) Рис. 9. Результаты исследования технологических свойств порошков, полученных ЭЭД отходов твердого сплава: а) прессуемости; б) насыпной плотности (1 - ВК8 в керосине, 2 - ВК8 в воде, 3 - ТТ20К9 в керосине, 4 - ТТ20К9 в воде, 5 - Т15К6 в керосине, 6 - Т15К6 в воде) В результате проведенной аттестации порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9, определены их физические, химические, технологические свойства, а также их стоимость, которая составляет порядка 500 руб. за 1 кг. Помимо того, намечены области их практического применения и проведения дальнейших исследований.

В шестой главе представлены практические рекомендации по использованию результатов исследований в технологиях восстановления и упрочнения деталей. В частности, показана возможность изготовления из порошка, полученного из отходов твердого сплава Т15К6, цилиндрических электродов для упрочнения режущего инструмента электроискровым легированием (ЭИЛ).

Установлено, что основным элементом в порошках из сплава Т15К6 после их спекания является WС со средним размером зерна 1,07 мкм и пористостью 9,18% (рис. 10).

Предложенные электроды апробированы и внедрены в ООО Завод по ремонту горного оборудования Михайловского горно-обогатительного комбината г. Железногорск и ОАО Геомаш г. Щигры Курской области при упрочнении режущего инструмента ЭИЛ. Микроструктура покрытий, полученных ЭИЛ с использованием данных электродов, примеры упрочненного инструмента и некоторые свойства покрытий представлены на рис. 11 и в табл. 4. Показано, что стойкость режущего инструмента, упрочненного с использованием предложенного электрода, повышается в 3,8Е4,8 раза.

а) б) в) г) Рис. 10. Морфология (а) и состав электродов для ЭИЛ из порошка, полученного ЭЭД твердого сплава Т15К6, в точке: б) 1; в) 2; г) а) б) Рис. 11. Микроструктура покрытий, полученных ЭИЛ с использованием электродов из порошка, полученного ЭЭД твердого сплава Т15К6, х450: а) косой срез; б) поверхность покрытия Таблица Примеры упрочненного инструмента ЭИЛ и их некоторые свойства Параметр Упрочненный инструмент сверло резец про- резец от- фреза фреза ходной резной цилин- концевая дрическая Изображение инструмента Микротвер- дость, ГПа 150,5 140,5 130,5 13,50,5 170,Относи- тельная стойкость 4,3 4,0 3,8 4,2 4,Примечание: За единицу принята стойкость не упрочненного инструмента (без покрытия) Разработана технология восстановления и упрочнения коленчатых валов двигателей СМД-18 плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.

При этом на шейки коленчатого вала, изготовленного из стали 40Х, наносятся плазменные покрытия с добавлением порошков, полученных из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов к промышленной композиции порошков производства Тульского завода Полема по ТУ 14-22-26-90: ФМИ (ПРГ4СР); ФМИ 3 (ПРХ11Н11ГЮСР); ПЖН4Д2М. Результаты исследования структуры и свойств покрытий, полученных плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков сплава Т15К6 и ВК8 представлены на рис. и 13. Отмечено, что плазменно-порошковая наплавка с использованием порошков сплава Т15К6, полученного в керосине осветительном, приводит к образованию трещин в покрытиях (рис. 12 б), что не допустимо, поэтому от его дальнейшего использования при наплавке отказались. Установлено, что твердость плазменных покрытий, полученных с добавлением порошков твердых сплавов к промышленному порошку, выше твердости покрытий, полученных с использованием только промышленного порошка. Показано, что твердость покрытий с добавлением порошка Т15К6 несколько выше, чем с добавлением порошка ВК8. Внедренная в ОАО Краснополянская сельхозтехника г. Курск технология показала, что стоимость восстановленного вала по данной технологии на порядок ниже стоимости нового вала при большем ресурсе последнего. В ООО Сервис-Черноземье г. Курск внедрена технология восстановления и упрочнения тарелок клапанов двигателей спор тивных автомобилей ВАЗ-2113 плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.

а) б) Рис. 12. Микроструктура покрытий, полученных плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков сплава, х 450:

а) Т15К6 (вода); б) Т15К6 (керосин) а) б) Рис. 13. Свойства покрытий, полученных плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков сплава Т15К6 (вода) и ВК8 (вода):

а) твердость поверхности; б) относительная износостойкость Разработана технология восстановления и упрочнения лемехов плугов электродуговой наплавкой с использованием порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. При этом на лемех плуга, изготовленного из стали 65Г, специально изготовленным электродом полого типа с порошком, полученным методом ЭЭД из сплава Т15К6 в воде, наносится износостойкое покрытие. Результаты исследования структуры и свойств по крытий, полученных электродуговой наплавкой с использованием порошков сплава Т15К6 представлены в табл. 5.

Таблица Характеристики покрытий, нанесенных электродуговой наплавкой, с использованием твердосплавных порошков, полученных ЭЭД Микрошлиф с исследуемыми зонами Характерные Зона 1, 2 Зона 3, 4 Зона 5, 6, зоны Микроструктура участков, х 4Микротвердость, МПа 35010 25010 170Относительная износостойкость 1,9 - 1,Установлено, что электродуговая наплавка с использованием порошков сплава Т15К6 способствует увеличению микротвердости в 2,1 раза и относительной износостойкости покрытий в 1,9 раза. Предложенная технология опробирорвана и внедрена в ОАО КСТ. Эксплуатационные испытания показали, что срок службы упрочненных лемехов увеличился в два раза по сравнению с не упрочненными.

Разработана технология восстановления и упрочнения поршневых пальцев двигателей внутреннего сгорания композиционными гальваническими покрытиями (КГП) на основе электролита железнения с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков, полученных ЭЭД отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. Результаты исследования структуры и свойств покрытий, полученных КГП с использованием порошков сплава Т15К6 и ВКпредставлены на рис. 14 и 15.

Установлено, что микроструктура КГП, полученных с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов Т15К6 имеет более мелкодисперсную структуру, чем с порошками ВК8, а также большую микротвердость и износостойкость. Показано, что оптимальная концентрация порошка Т15К6 в электролите 100 г/л.

Предложенная технология внедрена в ООО НВА АГРОСЕРВИС п. Коренево Курской области. Отмечено, что срок службы деталей, восстановленных с использованием разработанной технологии, увеличился в 1,4 раза при снижении их себестоимости в 2 раза по сравнению с новыми.

а) б) Рис. 14. Микроструктура КГП, полученных с использованием в качестве упрочняющей фазы твердосплавных порошков, полученных ЭЭД в воде, х 550: а) Т15К6; б) ВКа) б) Рис. 15. Свойства КГП, полученных с использованием в качестве упрочняющей фазы порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов: а) микротвердость; б) относительная износостойкость ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Исследован и разработан процесс получения порошков с заданным гранулометрическим составом из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9 методом электроэрозионного диспергирования в углерод- и кислородсодержащих рабочих жидкостях, пригодных для практического использования.

2. Установлено, что в зависимости от энергетических характеристик искрового разряда в межэлектродном промежутке возможны следующие механизмы образования частиц порошка:

3. Показано, что изменением напряжения на электродах реактора от до 300 В и емкости разрядных конденсаторов от 2,5 до 80 мкФ можно изменять массовую производительность процесса и размеры частиц порошка, а изменением частоты следования импульсов - количественную производительность процесса.

4. Исследованы строение и свойства порошков, полученных из отходов твердых сплавов ВК8, Т15К6 и ТТ20К9 в кислород- и углеродсодержащих жидкостях. Установлено, что с повышением вязкости и температуры кипения рабочей жидкости размеры частиц порошка уменьшаются. При этом количество высокотемпературной фазы -WC в порошке увеличивается. Показано, что диспергирование в кислородсодержащей рабочей жидкости приводит к потере углерода в порошке вплоть до получения фаз W2C и W, а диспергирование в углеродсодержащей жидкости снижает потери углерода и способствует образованию фаз -WC, -WC, ТiС и ТаС.

5. Химическим и рентгеноспектральным микроанализом установлено, что химический состав порошков зависит от применяемой рабочей жидкости и не зависит от электрических параметров процесса ЭЭД. Определено, что полученные порошки имеют искаженные кристаллические решетки и состоят из следующих фаз:

- для кислородсодержащей жидкости: ВК8 - W, W2C; Т15К6 - W, W2C, TiC; ТТ20К9 - W, W2C, TiC и TаC. Следует отметить, что во всех порошках имеет место небольшое количество фазы -WC;

- для углеродсодержащей жидкости: ВК8 - -WC, -WC; Т15К6 - WC, -WC, TiC; ТТ20К9 - -WC, -WC, TiC, TаC.

6. Установлены взаимосвязи зависимости структуры, микротвердости и износостойкости покрытий, полученных электродуговой наплавкой, плазменно-порошковой наплавкой, электроискровым легированием, гальваническим методом, на деталях машин и инструменте от состава и свойств порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов.

7. Разработана установка для электроэрозионного диспергирования, позволяющая регулировать электрические параметры процесса для получения порошков заданного гранулометрического состава, и технология получения порошков из твердых сплавов марок ВК8, Т15К6 и ТТ20К9, пригодных к практическому использованию в технологиях восстановления и упрочнения деталей машин и инструмента.

8. Разработаны технологии восстановления и упрочнения деталей методами плазменно-порошковой и электродуговой наплавки, позволяющие увеличить ресурс восстановленных деталей в 1,3Е2 раза по сравнению с новыми.

9. Разработана технология восстановления и упрочнения деталей нанесением композиционных гальванических покрытий с использованием в качестве дисперсной упрочняющей фазы порошков, полученных из отходов твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования, позволяющая увеличить ресурс восстановленных деталей в 1,4 раза по сравнению с новыми.

10. Разработана технология упрочнения режущего инструмента электроискровым легированием с использованием в качестве электродного материала твердого сплава, полученного из отходов вольфрамсодержащих методом электроэрозионного диспергирования, позволившая увеличить в 3,8Е4,раза стойкость режущего инструмента.

11. Разработанная технология получения порошков из отходов твердых сплавов и технологии восстановления и упрочнения деталей апробированы или внедрены: в ООО РосУтилизация 46 (г. Курск) для утилизации лома твердого сплава; в ОАО Краснополянская сельхозтехника (г. Курск) для восстановления коленчатых валов дизельных двигателей; в ООО Завод по ремонту горного оборудования Михайловского горно-обогатительного комбината (г. Железногорск) для упрочнения режущего инструмента; в ООО НВА АГРОСЕРВИС (п. Коренево, Курской обл.) для восстановления и упрочнения поршневых пальцев дизельных двигателей; в ООО СервисЧерноземье (г. Курск) для восстановления и упрочнения тарелок клапанов газораспределения и распредвалов для высокофорсированных двигателей автомобилей; ОАО Геомаш (г. Щигры, Курской обл.) для упрочнения металлорежущего инструмента, деталей и узлов бурильных установок; в ООО КСТ (г. Курск) для восстановления и упрочнения почвообрабатывающего интсрумента. Ожидаемый экономический эффект только от внедрения в ООО Завод по ремонту горного оборудования Михайловского горнообогатительного комбината, в ОАО Геомаш, в ООО РосУтилизация 46 и ООО КСТ составит более 700000 руб. в год.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах 1. Агеев, Е.В. Восстановление и упрочнение деталей автотракторной техники плазменно-порошковой наплавкой с использованием порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов спеченных твердых сплавов [Текст]: монография / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] - Курск: Издво Курск. гос. с.-х. ак., 2010. - 91 с.

2. Агеев, Е.В. Восстановление и упрочнение деталей машин композиционными гальваническими покрытиями [Текст]: монография / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] - Курск: Изд-во Курск. гос. с.-х. ак., 2011. - 75 с.

3. Агеев, Е.В. Состав и свойства порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов [Текст]: монография / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.]; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2011. - 137 с.

4. Гадалов, В.Н. Металлография металлов, порошковых материалов и покрытий, полученных электроискровыми способами [Текст]: монография / В.Н. Гадалов, Е.В. Агеев и [др.] - М.: ИНФРА-М, 2011. - 468 с. - (Научная мысль).

5. Агеев, Е.В. Особенности технологии восстановления шеек коленчатых валов двигателей КамАЗ-740 с использованием твердосплавных порошков [Текст] / Е.В. Агеев, М.Е. Сальков // Технология металлов. - 2008. - № 3.

- С. 41-46.

6. Агеев, Е.В. Особенности технологии получения порошковых наплавочных материалов методом электроэрозионного диспергирования отходов твердых сплавов для наплавки шеек коленчатых валов [Текст] / Е.В. Агеев, М.Е. Сальков // Технология металлов. - 2008. - № 5. - С. 34-37.

7. Агеев, Е.В. Форма и морфология поверхности частиц порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердых сплавов, содержащих вольфрам [Текст] / Е.В. Агеев // Технология металлов. - 2011. - № 7. - С.

30Ц32.

8. Агеев, Е.В. Получение износостойких порошков из отходов твердых сплавов [Текст] / Е.В. Агеев и [др.] // Заготовительные производства в машиностроении. - 2010. - № 12. - С. 39Ц44.

9. Агеев, Е.В. Рентгеноструктурный анализ порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава [Текст] / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] // Заготовительные производства в машиностроении. - 2011. - № 2. - С. 39-41.

10. Агеев, Е.В. Рентгеноспектральный микроанализ частиц порошков, полученных электроэрозионным диспергирование твердого сплава [Текст] / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2011. - № 2. - С. 13Ц16.

11. Агеев, Е.В. Изучение физико-механических свойств твердосплавных порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов [Текст] / Е.В. Агеев // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2011. - № 6. - С. 8Ц14.

12. Агеев, Е.В. Оценка эффективности применения твердосплавных порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов, при восстановлении и упрочнении деталей композиционными гальваническими покрытиями [Текст] / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2011. - № 9. - С. 14Ц17.

13. Агеев, Е.В. Исследование свойств изделий из порошка карбида вольфрама и карбида титана [Текст] / Е.В. Агеев, В.В. Сирота, Р.А. Латыпов // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2011. - № 12. - С. 7Ц10.

14. Агеев, Е.В. Плазменно-порошковая наплавка с применением твердосплавных порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов, - перспективный метод реновации деталей автотракторной техники [Текст] / Е.В. Агеев // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2012. - № 3. - С. 27Ц33.

15. Агеев, Е.В. Получение порошков из отходов твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования [Текст] / Е.В. Агеев // Электрометаллургия. - 2011. - № 10. - С. 24Ц27.

16. Агеев, Е.В. Оптимизация состава порошков для плазменной твердосплавной порошковой наплавки коленчатых валов автотракторной техники [Текст] / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] // Труды ГОСНИТИ. - 2011. - т. 108.

Ц С. 206Ц209.

17. Агеев, Е.В. Восстановление коленчатых валов ДВС с использованием порошков, полученных из отходов твердых сплавов [Текст] / Е.В. Агеев, Б.А. Семенихин, Р.А. Латыпов // Международный научный журнал. - 2010. - № 4. - С. 71Ц76.

18. Агеев, Е.В. Восстановление и упрочнение деталей автотракторной техники порошками, полученными электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов [Текст] / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов // Международный научный журнал. - 2011. - № 5. - С. 103Ц106.

19. Агеев, Е.В. Исследование микротвердости порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава и используемых при восстановлении и упрочнении деталей автотракторной техники [Текст] / Е.В.

Агеев, Б.А. Семенихин, Р.А. Латыпов // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия. - 2011. - Вып. № 1. - С. 78Ц80.

20. Агеева, Е.В. Повышение качества ремонта и восстановления деталей современных транспортных систем [Текст] / Е.В. Агеева, Е.В. Агеев // Известия ТуГУ. Технические науки. - 2011. - Вып. № 3. - С. 503Ц509.

21. Агеев, Е.В. Выбор метода получения порошковых материалов из отходов спеченных твердых сплавов [Текст] / Е.В. Агеев, Б.А. Семенихин // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара: Изд-во Самарского науч. ц-ра РАН. - 2009. - Спец. вып.: Актуальные проблемы машиностроения. - С. 12Ц15.

22. Агеев, Е.В. Исследование влияния электрических параметров установки на процесс порошкообразования при электроэрозионном диспергировании отходов твердого сплава [Текст] / Е.В. Агеев, Б.А. Семенихин, Р.А. Ла тыпов // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара: Изд-во Самарского науч. ц-ра РАН. - 2009. - т. 11 (31), № 5 (2). - С. 238Ц240.

23. Агеев, Е.В. Разработка установки для получения порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара: Изд-во Самарского науч. ц-ра РАН. - 2009. - т. 11 (31), № 5 (2). - С. 234Ц237.

24. Агеев, Е.В. Получение нанопорошка на основе карбида вольфрама и применение для восстановления и упрочнения деталей машин [Текст] / Е.В.

Агеев, Б.А. Семенихин, Р.А. Латыпов // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара: Изд-во Самарского науч. ц-ра РАН. - 2010. - т. 12 (33), № 1 (2). - С. 273Ц276.

25. Агеев, Е.В. Применение порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов, при восстановлении и упрочнении деталей автотракторной техники композиционными гальваническими покрытиями [Текст] / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] // Вестник Курской ГСХА. - 2010. - № 4. - С. 73Ц76.

26. Агеев, Е.В. Исследование гранулометрического состава порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава и используемых при восстановлении и упрочнении деталей автотракторной техники [Текст] / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] // Вестник Курской ГСХА. - 2010. - № 4. - С. 76Ц79.

27. Агеев, Е.В. Оценка эффективности применения порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов, при восстановлении и упрочнении коленчатых валов двигателей автотракторной техники плазменно-порошковой наплавкой [Текст] / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] // Вестник Курской ГСХА. - 2010. - № 5. - С. 77Ц80.

28. Агеев, Е.В. Исследование производительности процесса получения порошков методом электроэрозионного диспергирования [Текст] / Е.В. Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] // Известия КурскГТУ. - 2010. - № 4. - С. 76Ц82.

29. Агеев, Е.В. Исследование химического состава порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава [Текст] / Е.В.

Агеев, Р.А. Латыпов и [др.] // Известия ЮЗГУ. - 2011. - № 5-1. - С. 138Ц144.

30. Агеев, Е.В. Порошки, полученные электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов, - перспективный материал для восстановления деталей автотракторной техники [Текст] / Е.В. Агеев и [др.] // Известия ЮЗГУ. - 2012. - № 1. - С. 182Ц189.

31. Агеев, Е.В. Использование отходов производства для повышения надёжности и ресурса режущего инструмента электроискровым легированием [Текст] / Е.В. Агеев и [др.] // Известия ЮЗГУ. - 2012. - № 3. - С. 44Ц50.

32. Агеев, Е.В. Метод получения наноструктурных порошков на основе системы WCЦCо и устройство для его осуществления [Текст] / Е.В. Агеев, Б.А. Семенихин, Р.А. Латыпов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2010. - № 5. - С. 39Ц43.

33. Агеев, Е.В. Исследование физико-технологических свойств порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава [Текст] / Е.В. Агеев и [др.] // Фундаментальные исследования. - 2011. - № 12.

Ц Ч. 2. - С. 336Ц340.

34. Агеев, Е.В. Повышение эксплуатационных показателей восстановленных деталей автомобилей на основе научно обоснованных ресурсосберегающих технологий, материалов и устройств [Текст] / Е.В. Агеев // Мир транспорта и технологических машин. - 2012. - № 1. - С. 32Ц41.

35. Латыпов, Р.А. Состав и свойства порошков из отходов твердых сплавов ВК8 и Т15К6, полученных электроэрозионным диспергированием [Текст] / Р.А. Латыпов, А.Б. Коростелев, Е.В. Агеев // Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2010. - № 7. - С. 2Ц7.

36. Пат. 2364482 Российская Федерация, МПК В23К 35/32, С23С 4/04. Композиция для плазменно-порошковой наплавки износостойких покрытий на детали машин, включающая порошок карбида вольфрама и карбида титана [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и потентообладатель Курск.

гос. техн. ун-т.- № 2006128665/02; заявл. 07.08.2006; опубл. 20.08.2009, Бюл.

№ 23.

37. Пат. 2424382 Российская Федерация, МПК С25D 15/00. Электролит-суспензия на основе железа для получения износостойких покрытий на детали машин, включающий нанопорошок на основе карбида вольфрама [Текст] / Агеев Е.В., Семенихин Б.А., Латыпов Р.А.; заявитель и потентообладатель Курск. гос. техн. ун-т. - № 2009138955/02; заявл. 21.10.2009; опубл.

20.07.2011, Бюл. № 20.

38. Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В., Латыпов Р.А. и [др.]; заявитель и потентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010;

опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13.

39. Пат. 2455117 Российская Федерация, МПК B22F9/00. Способ получения нанопорошка на основе карбида вольфрама [Текст] / Агеев Е.В., Семенихин Б.А., Латыпов Р.А.; заявитель и потентообладатель Юго-Зап. гос. унт. - № 2009138957/02; заявл. 21.10.2009; опубл. 10.07.2012, Бюл. № 12.

40. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2010611139. Программный продукт для определения массы порошка и воды в суспензии [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и потентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - 2010; заявл. 13.10.2010; зарегистрировано 03.02.2011.

_______________________________________________________________ Подписано в печать 03.09.2012. Формат 60х84 1/16. Печать офсетная.

Печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ _____ Юго-Западный государственный университет.

305040, Курск, ул. 50 лет Октября, Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по техническим специальностям

Blog

Исследование и практическое применение порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов