izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2025-29-3-26-36izvestswsu-1496Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMECHANICAL ENGINEERING AND MACHINE SCIENCEИсследование заготовок нового сплава на основе порошков, полученных электроэрозионным диспергированиемInvestigation of gas dynamic coatings based on electroerosive aluminum powdershttps://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, д. 94, Курск 305040

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

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

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

Сабельников Борис Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры промышленного и гражданского строительства.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040

Boris N. Sabelnikov - Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor of the Industrial and Civil Engineering Department, Southwest State University.

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

sabelnikovboris1@mail.ruЮго-Западный государственный университетSouthwest State University2025291120252932636Copyright © Агеев Е.В., Сабельников Б.Н., 20252025Агеев Е.В., Сабельников Б.Н.Ageev E.V., Sabelnikov B.N.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/1496Цель работы

Цель работы. Изучение микроструктуры экспериментальных заготовок новых безвольфрамовых твердых сплавов.

Методы

Методы. Экспериментальный твердросплавный порошковый материал (шихту) сплавляли методом синтеза материалов путем импульсного плазменного сплавления, позволяющего получать высококачественные компактные изделия из металлических порошков и композитов с минимальными потерями материала и энергии (SPS – Spark Plasma Sintering). Метод основан на воздействии электрического тока высокого напряжения и импульсивного характера на металлические частицы, находящиеся внутри пресс-формы. Этот процесс сопровождается образованием высокотемпературной плазмы, возникающей непосредственно вокруг каждой отдельной металлической частицы. Плазма вызывает быстрое локальное повышение температуры и давления, что способствует интенсивному диффузионному взаимодействию частиц и образованию плотных структурированных изделий. Микроструктура сплава была исследована на растровом электронном микроскопе QUANTA 600 FEG.

Результаты

Результаты. Сплав имеет сложную микроструктуру, состоящую из различных фаз и включений. 1. Фаза карбида титана (TiC): крупные зерна, которые представляют собой карбид титана (TiC), имеют Кнеправильную форму и распределены равномерно по всему объему сплава; карбид титана является важной составляющей сплава, так как он обеспечивает высокую твердость и износостойкость. 2. Матрица сплава: между зернами карбида титана расположена матрица сплава, которая, состоит из никеля (Ni) и молибдена (Mo). Эта матрица обеспечивает пластичность и прочность сплава; матрица имеет зернистую морфологию, что указывает на наличие мелких зерен, которые являются результатом термообработки в процессе импульсного плазменного сплавления. 3. Дефекты и дислокации: имеются мелкие дефекты и дислокации, особенно вблизи границ раздела фаз. Эти дефекты могут способствовать формированию дополнительного резервуара прочности и устойчивости к усталостным разрушениям.

Заключение

Заключение. Исследование микроструктуры нового безвольфрамового твердого сплава показало, что сплав имеет сложную двухфазную структуру, состоящую из карбида титана и матрицы, обогащенной никелем и молибденом. Такая структура обеспечивает сплаву высокую твердость, износостойкость и прочность. Наличие дефектов и дислокаций может способствовать улучшению механических свойств сплава. Эти результаты подтверждают перспективность разработки новых безвольфрамовых твердых сплавов, которые могут стать альтернативой традиционным материалам, содержащим дорогостоящий вольфрам.

Purpose of reseach

Purpose of reseach. Study of the microstructure of experimental blanks of new tungsten-free hard alloys.

Methods

Methods. The experimental solid–alloy powder material (charge) was fused by the method of material synthesis by pulsed plasma fusion, which makes it possible to obtain high-quality compact products from metal powders and composites with minimal material and energy losses (SPS - Spark Plasma Sintering). The method is based on the effect of high voltage and impulsive electric current on metal particles inside the mold. This process is accompanied by the formation of a high-temperature plasma that occurs directly around each individual metal particle. Plasma causes a rapid local increase in temperature and pressure, which contributes to the intense diffusion interaction of particles and the formation of dense structured products. The microstructure of the alloy was studied using a QUANTA 600 FEG scanning electron microscope.

Results

Results. The alloy has a complex microstructure consisting of various phases and inclusions. 1. Titanium Carbide (TiC) phase: large grains, which are titanium carbide (TiC), have a straight shape and are evenly distributed throughout the entire volume of the alloy; Titanium carbide is an important component of the alloy, as it provides high hardness and wear resistance. 2. Alloy matrix: an alloy matrix is located between the grains of titanium carbide, which consists of nickel (Ni) and molybdenum (Mo). This matrix ensures the ductility and strength of the alloy; The matrix has a granular morphology, which indicates the presence of small grains, which are the result of heat treatment during pulsed plasma fusion. 3. Defects and dislocations: There are minor defects and dislocations, especially near the interface. These defects can contribute to the formation of an additional reservoir of strength and resistance to fatigue damage.

Conclusion

Conclusion. A study of the microstructure of a new tungsten-free hard alloy has shown that the alloy has a complex two-phase structure consisting of titanium carbide and a matrix enriched in nickel and molybdenum. This structure provides the alloy with high hardness, wear resistance and durability. The presence of defects and dislocations can help improve the mechanical properties of the alloy. These results confirm the prospects of developing new tungsten-free hard alloys that can become an alternative to traditional materials containing expensive tungsten.

безвольфрамовые твердые сплавыэлектроэрозионное диспергированиешихтаSpark Plasma Sinteringмикроструктураимпульсное плазменное сплавлениеtungsten-free hard alloyselectroerosion dispersionchargeSpark Plasma Sinteringmicrostructurepulsed plasma fusionРабота выполнена в рамках реализации программы развития ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет» проекта «Приоритет 2030».The work was carried out as part of the implementation of the development program of the South-Western State University under the «Priority 2030» project.ReferencesАгеев Е.В., Семенихин Б.А., Латыпов Р.А. Исследование микротвердости порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина". 2011. № 1 (46). С. 78-80.Ageev E.V., Semenikhin B.A., Latypov R.A. Investigation of the microhardness of powders obtained by electroerosion dispersion of a hard alloy. Vestnik Federal'nogo gosudarstvennogo obrazovatel'nogo uchrezhdeniya vysshego professional'nogo obrazovaniya "Moskovskii gosudarstvennyi agroinzhenernyi universitet imeni V.P. Goryachkina" = Bulletin of the Federal State Educational Institution of Higher Professional Education "Goryachkin Moscow State Agroengineering University". 2011; (1): 78-80. (In Russ.).Разработка и исследование твердосплавных изделий из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием вольфрамсодержащих отходов / Р.А. Латыпов, Г.Р. Латыпова, Е.В. Агеев, А.А. Давыдов // Международный научный журнал. 2013. № 2. С. 107-112.Latypov R.A., Latypova G.R., Ageev E.V., Davydov A.A. Development and research of carbide products from powders obtained by electroerosion dispersion of tungsten-containing waste. Mezhdunarodnyi nauchnyi zhurnal = International Scientific Journal. 2013; (2): 107-112. (In Russ.).Свойства порошков из отходов твердых сплавов ВК8 и Т15К6, полученных методом электроэрозионного диспергирования / Р.А. Латыпов, А.Б. Коростелев, Е.В. Агеев, Б.А. Семенихин // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2010. № 7. С. 2-6.Latypov R.A., Korostelev A.B., Ageev E.V., Semenikhin B.A. Properties of powders from waste of hard alloys VK8 and T15K6 obtained by electroerosion dispersion. Vse materialy. Entsiklopedicheskii spravochnik = All materials. An encyclopedic reference book. 2010; (7): 2-6. (In Russ.).Агеева Е.В., Хорьякова Н.М., Агеев Е.В. Исследование формы и морфологии электроэрозионных медных порошков, полученных из отходов // Вестник машиностроения. 2014. № 8. С. 73-75.Ageeva E.V., Khoryakova N.M., Ageev E.V. Investigation of the shape and morphology of electroerosive copper powders obtained from waste. Vestnik mashino-stroeniya = Bulletin of Mechanical Engineering. 2014; (8): 73-75. (In Russ.).Properties of the coatings fabricated by plasma-jet hard-facing by dispersed mechanical engineering wastes / R.A. Latypov, G.R Latypova., E.V. Ageev, A.Y. Altukhov, E.V. Ageeva // Russian metallurgy (Metally). 2018. Т. 2018, № 6. С. 573-575.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; 2018(6): 573-575. (In Russ.).Исследование гранулометрического состава порошков, полученных элетроэрозионным диспергированием твердого сплава и используемых при восстановлении и упрочнении деталей автотракторной техники / Е.В. Агеев, В.Н. Гадалов, В.И. Серебровский, Б.А. Семенихин, Е.В. Агеева, Р.А. Латыпов, Ю.П. Гнездилова // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2010. № 4. С. 76-79.Ageev E.V., Gadalov V.N., Serebrovsky V.I., Semenikhin B.A., Ageeva E.V., Latypov R.A., Gnezdilova Yu.P. Investigation of the granulometric composition of powders obtained by electroerosion dispersion of a hard alloy and used in the restoration and hardening of parts of automotive equipment. Vestnik Kurskoi gosudarstvennoi sel'skokhozyaistvennoi akademii = Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. 2010; (4): 76-79. (In Russ.).Новиков Е.П., Агеева Е.В., Чумак-Жунь Д.А. Изучение формы и морфологии порошка, полученного из отходов алюминия методом электроэрозионного диспергирования // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2015. № 4 (17). С. 13-17.Novikov E.P., Ageeva E.V., Chumak-Zhun D.A. Study of the shape and morphology of powder obtained from aluminum waste by electroerosion dispersion. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies. 2015; (4): 13-17. (In Russ.).Агеева Е.В., Агеев Е.В., Карпенко В.Ю. Изучение формы и элементного состава порошка, полученного из вольфрамсодержащих отходов инструментальных материалов электроэрозионным диспергированием в водной среде // Упрочняющие технологии и покрытия. 2014. № 4 (112). С. 14-17.Ageeva E.V., Ageev E.V., Karpenko V.Yu. Study of the shape and elemental composition of powder obtained from tungsten-containing waste of tool materials by electroerosion dispersion in an aqueous medium. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening technologies and coatings. 2014; (4): 14-17. (In Russ.).X-ray analisis of the powder of micro- and nanometer fractions, obtained from wastes of alloy T15K6 in aqueous medium / E.V. Ageeva, E.V. Ageev, S.V. Pikalov, E.A. Vorobiev, A.N. Novikov // Журнал нано- и электронной физики. 2015. Т. 7, № 4. С. 04058.Ageeva E.V., Ageev E.V., Pikalov S.V., Vorobiev E.A., Novikov A.N. X-ray analysis of the powder of micro- and nanometer fractions, obtained from wastes of alloy T15K6 in aqueous medium. Zhurnal nano- i elektronnoi fiziki = Journal of Nano- and Electronic Physics. 2015; 7(4): 04058. (In Russ.).Агеева Е.В., Хорьякова Н.М., Агеев Е.В. Морфология и элементный состав медных электроэрозионных порошков, пригодных к спеканию // Вестник машиностроения. 2014. № 10. С. 66-68.Ageeva E.V., Khoryakova N.M., Ageev E.V. Morphology and elemental composition of copper electroerosion powders suitable for sintering. Vestnik mashinostroeniya = Bulletin of Mechanical Engineering. 2014; (10): 66-68. (In Russ.).Исследование алюминиевого порошка, полученного методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде / Р.А. Латыпов, Е.В. Агеев, Е.В. Агеева, Е.П. Новиков // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2016. № 4. С. 19-22.Latypov R.A., Ageev E.V., Ageeva E.V., Novikov E.P. Investigation of aluminum powder obtained by electroerosion dispersion in distilled water. Vse materialy. Entsiklopedicheskii spravochnik = All materials. An encyclopedic reference book. 2016; (4): 19-22. (In Russ.).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.Khoryakova N.M., Ageev E.V., Ageeva E.V. Electroerosive copper powders for electroplating. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening technologies and coatings. 2014; (4): 18-20. (In Russ.).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.Ageev E.V., Ageeva E.V., Vorobyev E.A. Granulometric and phase compositions of powder obtained from tungsten-containing waste of tool materials by electroerosion dispersion in kerosene. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Hardening technologies and coatings. 2014; (4): 11-14. (In Russ.).Оценка износостойкости электроискровых покрытий, полученных с использованием электроэрозионных порошков быстрорежущей стали / Е.В. Агеева, Р.А. Латыпов, Е.В. Агеев, А.Ю. Алтухов, В.Ю. Карпенко // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015. № 1. С. 71-76.Ageeva E.V., Latypov R.A., Ageev E.V., Altukhov A.Yu., Karpenko V.Yu. Assessment of the wear resistance of electric spark coatings obtained using electroerosive powders of high-speed steel. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional'nye pokrytiya = Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Powder metallurgy and functional coatings. 2015; (1): 71-76. (In Russ.).Быстрорежущая сталь, диспергированная в керосине / Е.В. Агеева, Е.В. Агеев, Е.А. Воробьев, М.А. Зубарев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2014. № 5 (56). С. 21-25.Ageeva E.V., Ageev E.V., Vorobyov E.A., Zubarev M.A. High-speed steel dispersed in kerosene. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University. 2014; (5): 21-25. (In Russ.).Агеева Е.В., Королев М.С. Получение порошкового материала из свинцово-сурьмянистой пластины кислотного аккумулятора // Современные материалы, техника и технологии. 2021. № 1 (34). С. 4-12.Ageeva E.V., Korolev M.S.Obtaining powder material from a lead-antimony plate of an acid battery. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, machinery and technologies. 2021; (1): 4-12. (In Russ.).Агеева Е.В., Игнатенко Н.М., Хардиков С.В. Исследование производительности процесса ээд при получении порошкового материала их отходов стали Х13 // Современные материалы, техника и технологии. 2021. № 3 (36). С. 4-9.Ageeva E.V., Ignatenko N.M., Hardikov S.V. Investigation of the performance of the EDM process in the production of powder material from waste steel X13. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, machinery and technologies. 2021; (3): 4-9. (In Russ.).Агеева Е.В., Хардиков С.В., Агеева А.Е. Структура и свойства спеченных образцов из электроэрозионных хромсодержащих порошков, полученных в бутиловом спирте // Современные материалы, техника и технологии. 2021. № 6 (39). С. 4-11.Ageeva E.V., Hardikov S.V., Ageeva A.E. Structure and properties of sintered samples from electroerosive chromium-containing powders obtained in butyl alcohol. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, machinery and technologies, 2021; (6): 4-11. (In Russ.).Хардиков С.В., Агеева Е.В., Агеева А.Е. Анализ характеристик износостойкости спеченных изделий из электроэрозионного порошка стали Х13, полученного в бутиловом спирте // Современные материалы, техника и технологии. 2021. № 6 (39). С. 58-64.Hardikov S.V., Ageeva E.V., Ageeva A.E. Analysis of wear resistance characteristics of sintered products made of electroerosion powder of steel X13 obtained in butyl alcohol. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, machinery and technologies. 2021; (6): 58-64. (In Russ.).Порошковая шарикоподшипниковая сталь, полученная диспергированием в керосине / Е.В. Агеева, А.Г. Ивахненко, В.В. Куц, С.В. Хардиков // Современные материалы, техника и технологии. 2017. № 5 (13). С. 10-15.Ageeva E.V., Ivakhnenko A.G., Kutz V.V., Hardikov S.V.Powdered ball bearing steel obtained by dispersion in kerosene. Sovremennye materialy, tekhnika i tekhnologii = Modern materials, machinery and technologies. 2017; (5): 10-15. (In Russ.).

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