izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2019-23-5-67-81izvestswsu-625Research ArticleМашиностроение и машиноведениеMechanical engineering and machine scienceАнализ характеристик износостойкости аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошковAnalysis of Wear Resistance Characteristics of Additive Products Made from Electroerosive Cobalt-Chromium PowdersАгееваЕ. В.AgeevaE. V.

Агеева Екатерина Владимировна - кандидат технических наук, доцент.

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

Ekaterina V. Ageeva - Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor.

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040.

ageeva-ev@yandex.ruЛоктионоваО. Г.LoktionovaO. G.

Локтионова Оксана Геннадиевна - доктор технических наук, профессор, проректор.

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

Oksana G. Loktionova - Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Vice-rector.

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040.

log@swsu.ruАлтуховА. Ю.AltuhovA. Y.

Алтухов Александр Юрьевич - кандидат технических наук, доцент.

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

Aleksandr Y. Altuhov - Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor.

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040.

alt997@yandex.ruСабельниковБ. Н.Sabel’nikovB. N.

Сабельников Борис Николаевич - аспирант кафедры автомобилей и автомобильного хозяйства.

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

Boris N. Sabel’nikov - Post-Graduate Student, Department of Automobiles and Automotive Economy.

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040.

sabelnikovboris1@mail.ruЮго-Западный государственный университетSouthwest State University2019131220192356781Copyright © Агеева Е.В., Локтионова О.Г., Алтухов А.Ю., Сабельников Б.Н., 20192019Агеева Е.В., Локтионова О.Г., Алтухов А.Ю., Сабельников Б.Н.Ageeva E.V., Loktionova O.G., Altuhov A.Y., Sabel’nikov 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/625Цель исследования

Цель исследования. Целью настоящей работы являлось проведение исследования характеристик износостойкости аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков.

Методы

Методы. Для проведения намеченных исследований использовались отходы кобальтохромового сплава марки КХМС «ЦЕЛЛИТ». В качестве рабочей жидкости применяли спирт бутиловый. Для изготовления экспериментальных образцов использовалась установка для послойного нанесения порошковых материалов плазмой. Интенсивность и скорость износа поверхности образца и контртела измеряли на автоматизированной машине трения Tribometer, CSM Instruments. Образец устанавливали в держателе, перпендикулярно   плоскости   образца   закрепляли   стержень,   на   конце   которого   находился   шарик диаметром 6 мм из стали Stainless Steel AISI 420 (твердость по Виккерсу 5000-8000 HV). С помощью регулировки датчика перемещения выбирали радиус кривизны износа, еще один датчик компенсировал силу трения и позволял установить значение коэффициента трения в определенный момент времени. Состояние поверхностей трения изучали с помощью оптического инвертированного микроскопа Olympus GX 51, оснащенного системой автоматизированного анализа изображений «SIMAGIS Photolab» и электронно-ионного сканирующего микроскопа Quanta 200 3D.

Результаты

Результаты. На основании выполненного анализа характеристик износостойкости аддитивных изделий, полученных из электроэрозионных кобальтохромовых порошков, установлено следующее: коэффициент трения  колеблется  от  0,144  до  0,602;  среднее  значение  коэффициента  трения  составляет  0,526; фактор износа образца на два порядка выше фактора износа контртела.

Заключение

Заключение. Проведенные исследования позволят расширить сведения о свойствах аддитивных изделий, полученных из электроэрозионных кобальтохромовых порошков, и снизить себестоимость производства конечного продукта.

Purpose of research of this research is to study wear resistance characteristics of additive products made from electroerosive cobalt-chromium powders.

Methods

Methods. Wastes of cobalt-chromium "CELLIT" alloy were used for the research [27]. Butyl alcohol was used as a working  fluid.  A unit  for  layer-by-layer  application  of powder  materials  with plasma  was used for  experimental samples  production.  The  intensity  and  wear  rate  of  the  sample  surface  and  counterface  were  measured  on Tribometer automated friction machine, CSM Instruments. The sample was mounted in a holder. A rod was fixed perpendicular to the surface of a sample. A 6 mm diameter ball made of Stainless Steel AISI 420 (Vickers hardness 5000-8000 HV) was at the end of the rod. Radius of wear curvature was selected by adjusting the displacement sensor. Another sensor compensated the friction force and allowed to set the friction coefficient value at a certain time. The condition of friction surfaces was studied with the help of optical inverted microscope Olympus GX 51 equipped with "SIMAGIS Photolab" automated image analysis system and Quanta 200 3D electron ion scanning microscope.

Results

Results. According to the performed analysis of wear resistance characteristics of additive products made from electroerosive cobalt-chromium powders friction coefficient varies from 0.144 to 0.602. An average friction coefficient is 0.526. A wear factor of the sample is two times higher than the wear factor of counterface.

Conclusion

Conclusion. Performed research allows expanding the information about properties of additive products made from electroerosive cobalt-chromium powders and reducing production cost.

кобальтохромовый сплавотходыэлектроэрозионное диспергированиепорошокаддитивные изделияизносостойкостьinstrument steelcold brittlenessimpuritiesausteniteoriginal chargehardenabilitythermal treatmentРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда. Номер проекта 17-79-20336.The work was performed on the project No. 11.6682.2017 / 8.9.ReferencesLoeber L., Biamino S., Ackelid U. et al. Comparison of Selective Laser and Electron Beam Melted Titanium Aluminides // Conference paper of 22nd International symposium “Solid freeform fabrication proceedings”. University of Texas, Austin, 2011. Р. 547-556.Loeber L., Biamino S., U. Ackelid et al. Comparison of Selective Laser and Electron Beam Melted Titanium Aluminides. Conference paper of 22nd International symposium "Solid freeform fabrication procedures”, University of Texas, Austin, 2011, pp. 547-556.Biamino S., Penna A., Ackelid U. et al. Electron beam melting of Ti–48Al–2Cr–2Nb alloy: microstructure and mechanical properties investigation // Intermetallics. 2011. Vol. 19. Р. 776–781.Biamino S., Penna A., U. Ackelid et al. Electron beam melting of Ti–48Al–2Cr–2Nb alloy: microstructure and mechanical properties investigation. Intermetallics, 2011, vol. 19, pp. 776-781.Gu D.D., Meiners W., Wissenbach K., Poprawe R. Laser additive manufacturing of metallic components: materials, processes and mechanisms // International Materials Reviews. 2012. Vol. 57 (3). Р. 133-164.Gu D. D., Meiners W., Wissenbach K., Poprawe R. Laser additive manufacturing of metallic components: materials, processes and mechanisms. International Materials Reviews, 2012, vol. 57 (3), pp. 133-164.Song B., Dong S., Zhang B. et al. Effects of processing parameters on microstructure and mechanical property of selective laser melted Ti6Al4V // Materials & Design. 2012. Vol. 35. Р. 120–125.Song B., Dong S., Zhang B. et al. Effects of processing parameters on microstructure and mechanical property of selective laser melted Ti6Al4V. Materials & Design, 2012, vol. 35, pp. 120-125.Song B., Dong S., Coddet P. et al. Fabrication and microstructure characterization of selective laser melted FeAl intermetallic parts // Surface and Coatings Technology. 2012. Vol. 206. Р. 4704–4709.Song B., Dong S., Coddet P. et al. Fabrication and microstructure characterization of selective laser melted FeAl intermetallic parts. Surface and Coatings Technology, 2012, vol. 206, pp. 4704-4709.Wang Z., Guana K., Gaoa M. The microstructure and mechanical properties of deposited-IN718 by selective laser melting //Journal of Alloys and Compounds. 2012. Vol. 513. Р. 518–523.Wang Z., Guana K., Gaoa M. The microstructure and mechanical properties of deposited-IN718 by selective laser melting. Journal of Alloys and Compounds, 2012, vol. 513, pp. 518-523.Safdar A., Wei L.Y., Snis A., Lai Z. Evaluation of microstructural developmentin electron beam melted Ti–6Al–4V // Materials Characterization. 2012. Vol. 65. Р. 8–15.Safdar A., Wei L. Y., Snis A., Lai Z. Evaluation of microstructural developmentin electron beam melted Ti–6Al–4V. Materials Characterization, 2012, vol. 65, pp. 8-15.Safdar A., He H.Z., Wei L.Y., Snis A. et al. Effect of process parameters settings and thickness on surface roughness of EBM produced Ti–6Al–4V // Rapid Prototyping Journal. 2012. Vol. 18 (5). P.401–408.Safdar A., He H. Z., Wei L. Y., Snis A. et al. Effect of process parameters settings and thickness on surface roughness of EBM produced Ti-6Al–4V. Rapid Prototyping Journal, 2012, vol. 18 (5), pp.401-408.Karlsson J., Snis A., Engqvist H., Lausmaa J. Characterization and comparison of materials produced by Electron Beam Melting (EBM) of two different Ti–6Al–4V powder fractions // Journal of Materials Processing Technology. 2013. Vol. 213 (12). Р. 2109–2118.Karlsson J., Snis A., Engqvist H., Lausmaa J. Characterization and comparison of materials produced by Electron Beam Melting (EBM) of two different Ti–6Al–4V powder fractions. Journal of Materials Processing Technology, 2013, vol. 213 (12), pp. 2109-2118.Ковалев О.Б. Моделирование процессов в технологиях лазерного аддитивного изготовления объемных металлоизделий // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2016. Т. 80. N 4. С. 408.Kovalev O. B. Modelirovanie protsessov v tekhnologiyakh lazernogo additivnogo izgotovleniya ob"emnykh metalloizdelii [Modelling of processes in technology of laser additive manufacturing three-dimensional metal products]. Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Seriya fizicheskaya = Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Series physical, 2016, T. 80, no. 4, pp. 408 (In Russ.).Смирнов В.В., Шайхутдинова Е.Ф. Внедрение аддитивных технологий изготовления деталей в серийное производство // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2013. N 2-2. С. 90-94.Smirnov V. V., Shaikhutdinova E. F. Vnedrenie additivnykh tekhnologii izgotovleniya detalei v seriinoe proizvodstvo [Introduction of additive manufacturing technologies in serial production]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. A.N. Tupoleva = Bulletin of Kazan State Technical University. A. N. Tupolev, 2013, no. 2-2, pp. 90-94 (In Russ.).Григорьянц А.Г., Третьяков Р.С., Фунтиков В.А. Повышение качества поверхностных слоев деталей, полученных лазерной аддитивной технологией // Технология машиностроения. 2015. N 10. С. 68-73.Grigoryants A. G., Tretyakov R. S., Funtikov V. A. Povyshenie kachestva poverkhnostnykh sloev detalei, poluchennykh lazernoi additivnoi tekhnologiei [Improving the quality of surface layers of parts obtained by laser additive technology]. Tekhnologiya mashinostroeniya Publ. = Engineering technology, 2015, no.10, pp. 68-73 (In Russ.).Вулпе М.Н., Колесников Д.Н., Морушкин А.Е. Лазерная сварка заготовок, полученных аддитивными технологиями // Технология машиностроения и материаловедение. 2017. No. 1. С. 142-144.Vulpe M. N., Kolesnikov D. N., Morushkin A. E. Lazernaya svarka zagotovok, poluchennykh additivnymi tekhnologiyami [Laser welding of billets obtained by additive technologies]. Tekhnologiya mashinostroeniya i materialovedenie = Technology of mechanical engineering and materials science, 2017, no. 1, pp. 142-144 (In Russ.).Нигметзянов Р.И., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. Влияние ультразвуковой обработки на шероховатость поверхности деталей, полученных аддитивными технологиями // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2016. No. (315). С. 47-53.Nigmetzyanov R. I., Sundukov S. K., Fatyukhin D. S. Vliyanie ul'trazvukovoi obrabotki na sherokhovatost' poverkhnosti detalei, poluchennykh additivnymi tekhnologiyami [Influence of ultrasonic treatment on surface roughness of parts obtained by additive technologies]. Fundamental'nye i prikladnye problemy tekhniki i tekhnologii = Fundamental and applied problems of engineering and technology, 2016, no. (315), pp. 47-53 (In Russ.).Чумаков Д.М. Перспективы использования аддитивных технологий при создании авиационной и ракетно-космической техники // Труды МАИ. 2014. No. 78. С. 31.Chumakov D. M. Perspektivy ispol'zovaniya additivnykh tekhnologii pri sozdanii aviatsionnoi i raketno-kosmicheskoi tekhniki [Prospects for the use of additive technologies in the creation of aviation and rocket and space technology]. Trudy MAI = Works of MAI, 2014, no. 78, pp. 31 (In Russ.).Григорьянц А.Г., Новиченко Д.Ю., Смуров И.Ю. Лазерная аддитивная технология изготовления покрытий и деталей из композиционного материала // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2011. No. 7. С. 38-46.Grigoryants A. G., Novichenko D. Yu., Smurov I. Yu. Lazernaya additivnaya tekhnologiya izgotovleniya pokrytii i detalei iz kompozitsionnogo materiala [Laser additive manufacturing technology of coatings and parts from composite material]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Mashinostroenie = Proceedings of higher educational institutions. Engineering, 2011, no. 7, pp. 38-46 (In Russ.).Моделирование процесса спекания изделий из низкотемпературной керамики, формируемых аддитивными технологиями / В.Н. Лейцин, С.В. Пономарев, М.А. Дмитриева, И.В. Ивонин, И.М. Тырышкин // Физическая мезомеханика. 2016. Т. 19. №. 4. С. 21-27.Leitsin V. N., Ponomarev S. V., Dmitrieva M. A., Ivonin I. V., Tyryshkin I. M. Modelirovanie protsessa spekaniya izdelii iz nizkotemperaturnoi keramiki, formiruemykh additivnymi tekhnologiyami [Modeling of sintering process of products from low-temperature ceramics formed by additive technologies]. Fizicheskaya mezomekhanika = Physical mesomechanics, 2016, vol. 19, no. 4, pp. 21-27 (In Russ.).Аддитивные технологии: от технического творчества к инновационным промышленным технологиям / М.А. Волосова, А.А. Окунькова, С.Г. Конов, Д.В. Котобан// Техническое творчество молодежи. 2014. No. 5 (87). С. 9-14.Volosova M. A., Okunkova A. A., Konov S. G., Kotoban D. V. Additivnye tekhnologii: ot tekhnicheskogo tvorchestva k innovatsionnym promyshlennym tekhnologiyam [Additive technologies: from technical creativity to innovative industrial technologies]. Tekhnicheskoe tvorchestvo molodezhi = Technical creativity of youth, 2014, no. 5 (87), pp. 9-14 (In Russ.).Федоров М.М. Разработка замкнутой технологической цепочки изготовления деталей ГТД по аддитивным технологиям // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. 2017. No. 1 (40). С. 115-118.Fedorov M. M. Razrabotka zamknutoi tekhnologicheskoi tsepochki izgotovleniya detalei GTD po additivnym tekhnologiyam [Development of the closed technological chain of production of details of GTE on additive technologies]. Vestnik Rybinskoi gosudarstvennoi aviatsionnoi tekhnologicheskoi akademii im. P.A. Solov'eva = Bulletin of the Rybinsk State Aviation Technological Academy P. A. Solovyov, 2017, no. 1 (40), pp. 115-118 (In Russ.).Смирнов В.В., Ганеев А.А., Шайхутдинова Е.Ф. Применение аддитивных технологий для изготовления деталей из интерметаллидных сплавов на основе титана // Ползуновский альманах. 2013. No. 2. С. 78-80.Smirnov V. V., Ganeev A. A., Shaikhutdinova E. F. Primenenie additivnykh tekhnologii dlya izgotovleniya detalei iz intermetallidnykh splavov na osnove titana [Application of additive technologies for manufacturing of parts made of intermetallic alloys based on titanium]. Polzunovskii al'manakh = Polzunovskii almanac, 2013, no. 2, pp. 78-80 (In Russ.).Фазовый состав частиц порошка, полученного электроэрозионным диспергированием сплава ВК8 в бутиловом спирте / Е.В. Агеева, А.Ю. Алтухов, С.С. Гулидин, Е.В. Агеев, А.А. Горохов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2016.№ 1 (18). С. 20-25.Ageeva E. V., Altukhov A. Yu., Gulidin S. S., Ageev E. V., Gorokhov A. A. Fazovyi sostav chastits poroshka, poluchennogo elektroerozionnym dispergirovaniem splava VK8 v butilovom spirte [Phase composition of powder particles obtained by electroerosive dispersion of VK8 alloy in butyl alcohol]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2016, no. 1 (18), pp. 20-25 (In Russ.).Порошки, полученные электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов - перспективный материал для восстановления деталей автотракторной техники / Е.В. Агеев, В.Н. Гадалов, Е.В. Агеева, Р.В. Бобрышев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 1-1 (40). С. 182-189.Ageev E. V., Gadalov V. N., Ageeva E. V., Bobryshev R. V. Poroshki, poluchennye elektroerozionnym dispergirovaniem otkhodov tverdykh splavov - perspektivnyi material dlya vosstanovleniya detalei avtotraktornoi tekhniki [Powders obtained by electroerosive dispersion of solid alloy waste - a promising material for the restoration of parts of automotive equipment]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2012, no. 1-1 (40), pp. 182-189 (In Russ.).Размерные характеристики бронзового электроэрозионного порошка, полученного в воде / Е.В. Агеева, Е.В. Агеев, В.Ю. Чаплыгин, А.А. Горохов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2016. № 1 (18). С. 30-35.Ageeva E. V., Ageev E. V., Chaplygin V. Yu., Gorokhov A. A. Razmernye kharakteristiki bronzovogo elektroerozionnogo poroshka, poluchennogo v vode [Dimensional characteristics of bronze electroerosive powder obtained in water]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2016, no. 1 (18), pp. 30-35 (In Russ.).Агеев Е.В., Латыпов Р.А. Получение и исследование заготовок твердого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием вольфрамсодержащих отходов // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2014. No. 5. С. 50-53.Ageev E. V., Latypov R. A. Poluchenie i issledovanie zagotovok tverdogo splava iz poroshkov, poluchennykh elektroerozionnym dispergirovaniem vol'framsoderzhashchikh otkhodov [Preparation and investigation of solid billets of alloy powders produced by electroerosion dispersion of tungsten-containing wastes]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Tsvetnaya metallurgiya = Proceedings of higher educational institutions. Nonferrous metallurgy, 2014, no. 5, pp. 50-53 (In Russ.).Ageev E.V., Latypov R.A. Fabrication and investigation of carbide billets from powders prepared by electroerosive dispersion of tungsten-containing wastes // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2014. Т. 55. No. 6. С. 577-580.Ageev E. V., Latypov R. A. Fabrication and investigation of carbide billets from powders prepared by electroerosive dispersion of tungsten-containing wastes [Fabrication and investigation of carbide billets from powders prepared by electroerosive dispersion of tungsten-containing wastes]. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2014, vol. 55, no. 6, pp. 577-580.Оптимизация гранулометрического состава электроэрозионных кобальтохромовых порошков / Е.В. Агеева, А.Ю. Алтухов, А.А. Сысоев, А.С. Осьминина // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2018. № 1 (26). С. 14-23.Ageeva E. V., Altukhov A. Yu., Sysoev A. A., Osminina A. S. Optimizatsiya granulometricheskogo sostava elektroerozionnykh kobal'tokhromovykh poroshkov [Optimization of granulometric composition of electroerosive cobalt-chromium powders]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2018, no. 1 (26), pp. 14-23 (In Russ.).Агеева Е.В., Алтухов А.Ю., Валгузов Д.И. Исследование пористости аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2018. № 4 (29). С. 6-14.Ageeva E. V., Altukhov A. Yu., Valguzov D. I. Issledovanie poristosti additivnykh izdelii iz elektroerozionnykh kobal'tokhromovykh poroshkov [Research of porosity of additive products from electroerosive cobalt-chromium powders]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2018, no. 4 (29), pp. 6-14 (In Russ.).Анализ характеристик износостойкости нанокомпозиционных покрытий, полученных с использованием электроэрозионных материалов / Е.В. Агеев, С.В. Хардиков, С.В. Пикалов, М.А. Зубарев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 6 (69). С. 40-49.Ageev E. V., Hardikov S. V., Pikalov S. V., Zubarev M. A. Analiz kharakteristik iznosostoikosti nanokompozitsionnykh pokrytii, poluchennykh s ispol'zovaniem elektroerozionnykh materialov [Analysis of characteristics of wear resistance of nanocomposite coatings obtained with the use of electroerosive materials]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2016, no. 6 (69), pp. 40-49 (In Russ.).

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