izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2024-28-1-27-43izvestswsu-1214Research ArticleМашиностроение и машиноведениеMechanical engineering and machine scienceОптимизация процесса получения порошковых материалов для производства твердосплавного режущего инструмента электродиспергированием металлоотходов сплава ТН20 в водеOptimization of the Process of Obtaining Powder Materials for the Production of Carbide Cutting Tools by Electrodispersion of Tn20 Alloy Metal Waste in Waterhttps://orcid.org/0000-0001-8457-6565АгееваЕ. В.AgeevaE. V.

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

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация

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

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0003-0980-1974ХорьяковаН. М.HoryakovaN. M.

Хорьякова Наталья Михайловна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии материалов и транспорта

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация

Natalia М. Horiakova, Cand. of Sci.(Engineering), Associate Professor of the Materials and Transport Technology Department

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040, Russian Federation

natali030119891@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8819-699XСабельниковБ. Н.SabelnikovB. N.

Сабельников Борис Николаевич, старший преподаватель кафедры промышленного и гражданского строительства

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация

Boris N. Sabelnikov, Senior Lecturer,Industrial and Civil Engineering Department

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040, Russian Federation

sabelnikovboris1@mail.ruАгееваА. Е.AgeevaA. E.

Агеева Анна Евгеньевна, студентка

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040, Российская Федерация

Anna E. Ageeva, Student

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040, Russian Federation

ageevaanna2004@yandex.ruЮго-Западный государственный университетSouthwest State University2024070420242812743Copyright © Агеева Е.В., Хорьякова Н.М., Сабельников Б.Н., Агеева А.Е., 20242024Агеева Е.В., Хорьякова Н.М., Сабельников Б.Н., Агеева А.Е.Ageeva E.V., Horyakova N.M., Sabelnikov B.N., Ageeva A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/1214

Целью настоящей работы являлось проведение оптимизации процесса получения порошковых материалов для производства твердосплавного режущего инструмента электродиспергированием металлоотходов сплава ТН20 в воде.

Методы

Методы. Для выполнения намеченных исследований были выбраны отходы спеченного безвольфрамового твердого сплава марки ТН20. В качестве рабочей жидкости применялась вода дистиллированная. На экспериментальной запатентованной установке для получения порошков из токопроводящих материалов диспергировали отходы безвольфрамового твердого сплава ТН20 в воде дистиллированной при массе загрузки 500 г. При этом использовали следующие электрические параметры установки: ёмкость конденсаторов 60,0…62,5 мкФ; напряжение на электродах от 120…140 В; частота следования импульсов 120…140 Гц. Исследование формы и морфологии поверхности частиц, полученных ЭЭД отходов безвольфрамового твердого сплава ТН20, проводили на электронно-ионном сканирующем (растровом) микроскопе с полевой эмиссией электронов «QUANTA 600 FEG» (Нидерланды). Средний размер частиц титанового порошка исследовали на лазерном анализаторе размеров частиц «Analysette 22 NanoTec» (Германия). Оптимизацию процессов диспергирования отходов безвольфрамового твердого сплава ТН20 проводили постановкой полного факторного эксперимента по среднему размеру частиц получаемых электроэрозионных частиц согласно блок-схемам.

Результаты

Результаты. Анализ параметров формы частиц твердосплавного порошка по изображениям с растрового микроскопа говорит о том, что электроэрозионные частицы имеют в основном сферическую форму и агломераты. Экспериментально установлено, что средний размер частиц твердосплавного порошка 24,4 мкм получается при ёмкости разрядных конденсаторов 63 мкФ, напряжении на электродах 200 В, частоте следования импульсов 200 Гц.

Заключение

Заключение. Проведение намеченных мероприятий позволит решить проблему переработки отходов сплава ТН20 и повторное их использование в производстве режущего инструмента.

Рurpose of this work was to optimize the process of obtaining powder materials for the production of carbide cutting tools by electrodispersing metal waste of TN20 alloy in water.

Methods

Methods. To carry out the planned studies, waste of sintered tungsten-free hard alloy of the TN20 brand was selected. Distilled water was used as the working fluid. On an experimental patented installation for the production of powders from conductive materials, waste of a tungsten-free hard alloy TN20 was dispersed in distilled water with a loading weight of 500 g. The following electrical parameters of the installation were used: capacitance of capacitors 60.0...62.5 UF; voltage at the electrodes from 120...140 V; pulse repetition frequency 120...140 Hz. The study of the shape and morphology of the surface of particles obtained by EED of waste of a tungsten-free hard alloy TN20 was carried out on an electron-ion scanning (scanning) microscope with field emission of electrons "QUANTA 600 FEG" (the Netherlands). The average particle size of titanium powder was studied using the Analysette 22 NanoTec laser particle size analyzer (Germany). Optimization of the processes of dispersion of waste of tungsten-free hard alloy TN20 was carried out by setting up a complete factorial experiment on the average particle size of the resulting erosive particles according to block diagrams.

Results

Results. Analysis of the particle shape parameters of the carbide powder from images from a scanning microscope suggests that the electroerosive particles are mainly spherical in shape and agglomerates. It has been experimentally established that the average particle size of a carbide powder of 24.4 microns is obtained with a discharge capacitor capacity of 63 UF, an electrode voltage of 200 V, and a pulse repetition frequency of 200 Hz.

Conclusion

Conclusion. Carrying out the planned measures will solve the problem of recycling waste from TN20 alloy and their reuse in the production of cutting tools.

металлоотходы сплава ТН20электроэрозионное диспергированиепорошоксредний размер частицоптимизацияTN20 alloy metal wasteelectroerosive dispersionpowderaverage particle sizeoptimizationИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00316, https://rscf.ru/project/24-29-00316/The research was carried out at the expense of a grant from the Russian Science Foundation No. 24-29- 00316, https://rscf.ru/project/24-29-00316 /ReferencesПатрушев А. Ю., Фарафонов Д. П., Серов М. М. Безвольфрамовые твердые сплавы: методы получения, структура и свойства (обзор) // Труды ВИАМ. 2021. № 11(105). С. 66-81.Patrushev A. Y., Farafonov D. P., Serov M. M. Bezvol'framovye tverdye splavy: metody polucheniya, struktura i svoistva (obzor) [Tungsten-free hard alloys: methods of preparation, structure and properties (review)]. Trudy VIAM = Proceedings of VIAM, 2021, no. 11(105), pp. 66-81.Изменение структурно-фазового состояния и физико-химических свойств безвольфрамовых твердых сплавов TiC-TiNi после различных видов ионно-лучевой обработки / В. В. Акимов, А. М. Бадамшин, С. Н. Несов [и др.] // Омский научный вестник. 2021. № 2(176). С. 5-9.Akimov V. V., Badamshin A.M., Nesov S. N. [et al.] Izmenenie strukturno-fazovogo sostoyaniya i fiziko-khimicheskikh svoistv bezvol'framovykh tverdykh splavov TiC-TiNi posle razlichnykh vidov ionno-luchevoi obrabotki [Changes in the structural and phase state and physico- chemical properties of tungsten-free hard alloys TiC-TiNi after various types of ion-beam treatment]. Omskii nauchnyi vestnik = Omsk Scientific Bulletin, 2021, no. 2(176), pp. 5-9.Панов В.С. Безвольфрамовые твердые сплавы: аналитический обзор // Материаловедение. 2019. № 10. С. 33-39.Panov V.S. Bezvol'framovye tverdye splavy: analiticheskii obzor [Tungsten-free hard alloys: an analytical review]. Materialovedenie = Materials Science, 2019, no. 10, pp. 33-39.Панов В.С., Ниткин Н.М. Безвольфрамовые твердые сплавы // Нанотехнологии: наука и производство. 2017. № 3. С. 65-70.Panov V.S., Nitkin N.M. Bezvol'framovye tverdye splavy [Tungsten-free hard alloys]. Nanotekhnologii: nauka i proizvodstvo = Nanotechnology: science and production, 2017, no. 3, pp. 65-70.Агеева Е.В., Сабельников Б.Н. Материальный баланс процесса электроэрозионного диспергирования отходов безвольфрамовых твердых сплавов марки КНТ16 в воде дистиллированной // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2020. Т. 10. № 3. С. 8-19.Ageeva E.V., Sabelnikov B.N. Material balance of the process of electroerosive dispersion of waste of tungsten-free hard alloys of the KNT16 brand in distilled water. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologie, 2020, vol. 10, no. 3, pp. 8-19.Агеева Е.В., Сабельников Б.Н. Рентгеноспектральный микроанализ электроэрозионного порошкового материала, полученного в среде этилового спирта из отходов безвольфрамового твердого сплава марки КНТ16 // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2020. № 7 (242). С. 33-36.Ageeva E.V., Sabelnikov B.N. Rentgenospektral'nyi mikroanaliz elektroerozionnogo poroshkovogo materiala, poluchennogo v srede etilovogo spirta iz otkhodov bezvol'framovogo tverdogo splava marki KNT16 [X-ray spectral microanalysis of an electroerosive powder material obtained in an ethyl alcohol medium from waste of a tungsten-free hard alloy of the KNT16 brand]. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Izvestiya Volgograd State Technical University, 2020, no. 7 (242), pp. 33-36.Локтионова О.Г., Агеева Е.В., Сабельников Б.Н. Результаты рентгеновских исследований спеченных образцов, полученных из электроэрозионного порошкового материала сплава КНТ16 // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2020. Т. 10. № 4. С. 22-34.Loktionova O.G., Ageeva E.V., Sabelnikov B.N. Results of X-ray studies of sintered samples obtained from electroerosive powder material of the KNT16 alloy. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologie, 2020, vol. 10, no. 4, pp. 22-34.Влияние ионного облучения на морфологию, элементный и химический состав поверхностных слоев безвольфрамовых твердых сплавов / А.М. Бадамшин, С.Н. Несов, В.С. Ковивчак, С.Н. Поворознюк, В.В. Акимов // Письма в Журнал технической физики. 2021. Т. 47. № 15. С. 19-22.Badamshin A.M., Nesov S.N., Kovivchak V.S., Povoroznyuk S.N., Akimov V.V. Vliyanie ionnogo oblucheniya na morfologiyu, elementnyi i khimicheskii sostav poverkhnostnykh sloev bezvol'framovykh tverdykh splavov [The effect of ion irradiation on the morphology, elemental and chemical composition of surface layers of tungsten-free hard alloys]. Pis'ma v Zhurnal tekh-nicheskoi fiziki = Letters to the Journal of Technical Physics, 2021, vol. 47, no. 15, pp. 19-22.Агеева Е.В., Сабельников Б.Н. Структура и свойства безвольфрамового твердого сплава на основе карбонитрида титана, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в углеродсодержащей среде // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. № 4. С. 158-162.Ageeva E.V., Sabelnikov B.N. Struktura i svoistva bezvol'framovogo tverdogo splava na osnove karbonitrida titana, spechennogo iz elektroerozionnykh poroshkov, poluchennykh v uglerodsoderzhashchei srede [Structure and properties of a tungsten-free hard alloy based on titanium carbonitride sintered from electroerosive powders obtained in a carboncontaining medium]. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening technologies and coatings, 2021, no. 4, pp. 158-162.Агеева Е.В., Локтионова О.Г., Сабельников Б.Н. Оценка энергозатрат при получении шихты для производства безвольфрамового твердого сплава электродиспергированием // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021;11(1):21-35.Ageeva E.V., Lоktionova O.G., Sabelnikov B.N. Comparative Analysis of the Process of Obtaining a Charge for a Tungsten-Free CST Hard Alloy by Means of Electroerosive Dispersion in Carbon-and oxygen-containing Working Fluids. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologie. 2021;11(1):21-35 (In Russ.).Ageev E.V., Ageeva A.E. Composition, structure and properties of hard-alloy powders obtained by electrodispersion of T5K10 alloy in water // Metallurgist. 2022. Vol. 66, nos. 1-2. Pp. 146-154.Ageev E.V., Ageeva A.E. Composition, structure and properties of hard-alloy powders obtained by electrodispersion of T5K10 alloy in water. Metallurgist, 2022, vol. 66, no. 1-2, pp. 146-154.Агеев Е.В., Агеева А. Е. Структура и свойства порошков, полученных в условиях электроэрозионной металлургии отходов твердого сплава Т5К10 в кислород- и углеродсодержащих средах // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. №9 (213). C. 387-392.Ageev E.V., Ageeva A. E. Struktura i svoistva poroshkov, poluchennykh v usloviyakh elektroerozionnoi metallurgii otkhodov tverdogo splava T5K10 v kislorod- i uglerodsoderzhashchikh sredakh [Structure and properties of powders, solid alloy T5K10 wastes obtained in the conditions of electroerosive metallurgy in oxygen- and carbon-containing media]. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening technologies and coatings, 2022, no.9 (213), pp. 387-392.Агеев Е.В., Пыхтин А.И., Новиков Е.П., Агеева А.Е. Параметрические показатели формы частиц электрокорунда, полученного электродиспергированием отходов электротехнического алюминия марки АД0Е // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022;12(4):40-53. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-440-53.Ageev E.V., Pykhtin A.I., Novikov E.P., Ageeva A.E. Parametric Parameters of the Shape of Electrocorundum Particles Obtained by Electrodispersing Waste Electrical Aluminum Grade AD0E. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2022;12(4):40-53. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-440-53Агеев Е.В., Поданов В.О., Агеева А.Е. Оптимизация процесса изготовления жаропрочного никелевого сплава путем искрового плазменного спекания порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов ЖС6У в воде // Упрочняющие технологии и покрытия. 2023. № 4. C. 170-174.Ageev E.V., Podanov V.O., Ageeva A.E. Optimizatsiya protsessa izgotovleniya zharoprochnogo nikelevogo splava putem iskrovogo plazmennogo spekaniya poroshkov, poluchennykh elektroerozionnym dispergirovaniem otkhodov ZhS6U v vode [Optimization of the manufacturing process of a heat-resistant nickel alloy by spark plasma sintering of powders obtained by electroerosive dispersion of waste ZHS6U in water]. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening Technologies and Coatings, 2023, no. 4, pp. 170-174.Агеев Е.В., Серебровский В.И., Поданов В.О., Агеева А.Е. Исследование влияния среды диспергирования на свойства жаропрочных порошков, полученных из отходов сплава ЖСУ6 // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022;12(3):39-56. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-3-39-56Ageev E.V., Serebrovsky V.I., Podanov V.O., Ageeva A.E. Investigation of the Influence of the Dispersion Medium on the Properties of Heat-resistant Powders Obtained from the Waste of the Alloy ZHSU6. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2022;12(3):39-56. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-3-39-56.Ageeva E.V. Dimensional analysis of powders obtained by electroerosive dispersion of heat-resistant nickel alloy ZHS6U in water / E.V. Ageev, A.E. Gvozdev, E.A. Protopopov, V.O. Podanov, A.E. Ageeva // Chebyshevskii sbornik. 2022. Vol. 23. No. 1. Pp. 197–207.Ageev E.V., Gvozdev A.E., Protopopov E.A., Podanov V.O., Ageeva A.E. Dimensional analysis of powders obtained by electroerosive dispersion of heat-resistant nickel alloy ZHS6U in water. Chebyshevskii sbornik, 2022, vol. 23, no. 1, pp. 197–207.Ageeva E.V. Mathematical optimization of the average particle size of powders obtained by electroerosive dispersion of heatresistant nickel alloy ZHS6U / E.V. Ageev, E.V. Ageeva, A.E. Gvozdev, E.A. Protopopov, V.O. Podanov // Chebyshevskii sbornik. 2022. Vol. 23. No. 3. Pp. 178–193.Ageev E.V., Ageeva E.V., Gvozdev A.E., Protopopov E.A., Podanov V.O. Mathematical optimization of the average particle size of powders obtained by electroerosive dispersion of heatresistant nickel alloy ZHS6U. Chebyshevskii sbornik, 2022, vol. 23, no. 3, pp. 178–193.Ageev E.V. Numerical optimization of the charge production process by electrodispersion of T5K10 alloy waste / E.V. Ageev, E.V. Ageeva, A.E. Gvozdev, A.A. Kalinin // Chebyshevskii sbornik. 2022. Vol. 23. No. 1. Pp. 183–195.Ageev E.V., Ageeva E.V., Gvozdev A.E., Kalinin A.A. Numerical optimization of the charge production process by electrodispersion of T5K10 alloy waste. Chebyshevskii sbornik, 2022, vol. 23, no. 1, pp. 183-195.Агеев Е.В., Агеева А.Е. Состав, структура и свойства твердосплавных порошков, полученных электродиспергированием сплава Т5К10 в воде // Металлург. 2022. №2. C. 39-43.Ageev E.V., Ageeva A.E. Sostav, struktura i svoistva tverdosplavnykh poroshkov, poluchennykh elektrodispergirovaniem splava T5K10 v vode [Composition, structure and properties of carbide powders obtained by electrodispersion of T5K10 alloy in water]. Metallurg, 2022, no.2, pp. 39-43.Агеев Е.В., Кругляков О.В., Поданов В.О. Размерные характеристики порошков, полученных электродиспергированием сплава ЖС6У в керосине // Вестник ВолгГТУ. 2022. №7 (266). C. 62-66.Ageev E.V., Kruglyakov O.V., Podanov V.O. Razmernye kharakteristiki poroshkov, poluchennykh elektrodispergirovaniem splava ZhS6U v kerosine [Dimensional characteristics of powders obtained by electrodispersion of the ZHS6U alloy in kerosene]. Vestnik VolgGTU = Vestnik VolgSTU, 2022, no.7 (266), pp. 62-66.

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