Исследование влияния гранулометрического состава электроэрозионных кобальтохромовых порошков на физико-механические свойства аддитивных изделий

Целью работы являлось исследование влияния гранулометрического состава электроэрозионных кобальтохромовых порошков на физико-механические свойства аддитивных изделий.

Методы. Для выполнения намеченных исследований были выбраны отходы кобальтохромового сплава марки КХМС «ЦЕЛЛИТ». В качестве рабочей жидкости – спирт бутиловый. Для получения кобальто-хромовых порошковых материалов электроэрозионным диспергированием пользовались установкой для ЭЭД токопроводящих материалов. Диспергируемый материал засыпали в эксикатор, заполненный бути-ловым спиртом, который используется в качестве рабочей жидкости для диспергирования. Бутиловый спирт C₄H₉OH – представитель одноатомных спиртов. Это бесцветная немного вязкая жидкость, не имеющая цвета и со свойственным сивушному маслу запахом. Смешивается с органическими растворителями. Бутанол используют в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности, при изготовлении смол и пластификаторов, а также во многих других отраслях. Для получения эксперимен-тальных образцов аддитивных изделий использовалась установка для послойного нанесения порошковых материалов плазмой. Гранулометрический состав полученных порошков авторы исследовали по методике диспергирования в жидкости с ультразвуком. Методика исследования (ФР 1.27.2009.06762 «Методика выполнения измерений размера частиц в суспензиях, эмульсиях и аэрозолях в нанометровом и коллоидном диапазонах с использованием эффекта динамического рассеяния света»).

Результаты. Экспериментально установлено, что условия получения и дисперсность порошков определяют их поведение при спекании.С увеличением дисперсности порошка процесс спекания ускоря-ется и протекает более активно, а механические свойства полученных изделий при этом повышаются.Интенсификации спекания порошка способствуют оксиды, содержащиеся в большом количестве в мелких порошках и восстанавливающиеся при их нагреве при спекании. Губчатая металлическая поверхность, образующаяся после исчезновения оксида, оказывается более активной, чем поверхность изначально свободная от оксидной пленки.С увеличением дисперсности и удельной поверхности порошка его проплавление увеличивается, пористость уменьшается, а микротвердость при этом увеличивается. Наличие частиц порошка разных фракций увеличивает плотность его усадки за счет заполнения впадин и микропор на стыках крупных частиц, что в дальнейшем приводит к снижению шероховатости спеченных изделий и повышению предела прочности при сжатии и изгибе.

Заключение. Проведенные исследования позволят выявить связь между технологией получения электроэрозионных кобальтохромовых порошков и физико-механическими свойствами (пористость, микротвердость, предел прочности на сжатие и изгиб, шероховатость поверхностного слоя и др.) экспериментальных образцов, а также управлять процессом формирования структуры и свойств изделий, полученных по аддитивным технологиям.

1. 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.

2. Effect of process parameters settings and thickness on surface roughness of EBM produced Ti–6Al–4V / A.Safdar, H.Z.He, L.Y.Wei et al. // Journal of Rapid Prototyping, 2012. Vol. 18 (5). P.401–408.

3. Characterization and comparison of materials produced by Electron Beam Melting (EBM) of two different Ti–6Al–4V powder fractions / J.Karlsson, A. Snis, H.Engqvist, J. Lausmaa // Journal of Materials Processing Technology. 2013. Vol. 213 (12). Р. 2109–2118.

4. Loeber 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Wang Z., Guana K., Gaoa M. The microstructure and mechanical properties of deposited-IN718 by selective laser melting // JournalofAlloysandCompounds.2012. Vol. 513. Р. 518–523.

10. КовалевО.Б. Моделирование процессов в технологиях лазерного аддитивного изготовления объемных металлоизделий // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2016. Т. 80. No. 4. С. 408.

11. Смирнов В.В., Шайхутдинова Е.Ф. Внедрение аддитивных технологий изготовления деталей в серийное производство // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 2013. № 2-2. С. 90-94.

12. ГригорьянцА.Г., ТретьяковР.С., ФунтиковВ.А. Повышение качества поверхностных слоев деталей, полученных лазерной аддитивной технологией // Технология машиностроения. 2015. № 10. С. 68-73.

13. Чумаков Д.М. Перспективы использования аддитивных технологий при создании авиационной и ракетно-космической техники // Труды МАИ. 2014. № 78. С. 31.

14. 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. № 7. С. 38-46.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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. № 5. С. 50-53.

20. AgeevE.V., LatypovR.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.

21. Свойства электроэрозионных порошков, используемых в производстве твердосплавных заготовок / О.В.Кругляков, А.С.Угримов, А.С.Осьминина, Е.В.Агеев // Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 119-121.

22. Хардиков С.В., Агеев Е.В., Зубарев М.А.О возможности переработки отходов шарикоподшипниковой стали методом электроэрозионного диспергирования // Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 211-214.

23. Новиков Е.П., Агеев Е.В., Сытченко А.Д.К вопросу о переработке алюминиевых отходов электроэрозионным диспергированием // Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 169-172.

24. Агеева Е.В., Агеев Е.В., Карпенко В.Ю.Размерный анализ частиц порошка, полученного из вольфрамсодержащих отходов электроэрозионным диспергированием в воде // Вестник машиностроения. 2015. № 3. С. 45-46.

25. Размерный анализ частиц порошка, полученного электроэрозионным диспергированием сплава ВК8 в бутиловом спирте / Е.В.Агеева, А.Ю.Алтухов, С.С.Гулидин, Е.В.Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техникаитехнологии. 2016. № 2 (19). С. 45-51.