Особенности формирования структуры спеченных порошковых материалов с использованием отходов металлообработки стальных заготовок
- Авторы: Коростелева Е.Н.1, Николаев И.О.1, Коржова В.В.1
-
Учреждения:
- Выпуск: Том 24, № 4 (2022)
- Страницы: 192-205
- Раздел: МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
- URL: https://bakhtiniada.ru/1994-6309/article/view/301882
- DOI: https://doi.org/10.17212/1994-6309-2022-24.4-192-205
- ID: 301882
Цитировать
Аннотация
Введение. Обрабатывающие производственные процессы в той или иной степени связаны с получением отходов металлообработки в виде металлической стружки. Развитие технологий утилизации и переработки отходов машиностроительного производства является востребованным решением как в целях ресурсосбережения, так и с экологической точки зрения. Среди множества традиционных подходов к проблеме вторичного использования металлической стружки наиболее интересным может быть способ использования стружки как одного из компонентов в порошковом материале. Целью работы является анализ возможности использования отходов металлообработки стальных заготовок из стали 45 (металлическая стружка) в порошковых композициях на основе титана и алюминия не только как источник железа, но и как возможный источник оксида Fe2O3. Внимание к оксиду было уделено с точки зрения инициирования в порошковой смеси на основе титана и алюминия реакций восстановления с образованием оксидной фазы Al2O3 для получения металломатричного композита. Методы исследования: для использования в порошковых композициях с титановым и алюминиевым порошками стальная стружка от обработки заготовок из стали 45 была дополнительно окислена в воде и измельчена в вибромельнице до средних размеров частиц 300 мкм. Измельченную и окисленную стружку смешивали с порошками титана и алюминия в различных пропорциях, чтобы изучить ее взаимодействие с этими порошковыми компонентами. Полученные смеси прессовали в виде цилиндрических образцов и спекали в вакуумной печи при температуре 1000 °С. Фазовый состав и микроструктуру исследовали с помощью рентгеновского дифрактометра XRD-6000 с CuKα-излучением и оптического микроскопа AXIOVERT-200MAT. Результаты и обсуждения. Показано, что после фрезерной обработки без использования СОЖ стружка из стали 45 не аккумулировала заметный объем оксидов железа, что потребовало дополнительных окислительных процедур. Рассмотрено взаимодействие измельченной окисленной стружки с компонентами порошковых смесей, показано ее влияние на объемные изменения прессовок и структурообразование металломатричных композитов. Результаты оптической металлографии и рентгеноструктурного анализа (РСА) спеченных порошковых композиций с использованием окисленной измельченной стружки стали 45 позволили дать оценку протекающим процессам структурообразования в зависимости от сочетания взаимодействующих компонентов, их взаимному влиянию и перспективам получения композитов с дисперсной оксидной фазой.
Ключевые слова
Об авторах
Е. Н. Коростелева
Email: elenak@ispms.ru
канд. техн. наук, доцент, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, elenak@ispms.ru
И. О. Николаев
Email: rmkast97@gmail.com
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, rmkast97@gmail.com
В. В. Коржова
Email: vicvic5@mail.ru
канд. техн. наук, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, пр. Академический, 2/4, г. Томск, 634055, Россия, vicvic5@mail.ru
Список литературы
- Дьяконов О.М. Комплексная переработка стружки и металлосодержащих шламов. – Минск: Технология, 2012. – 262 с.
- Дьяконов О.М. Исследование физико-химических и механических свойств стальной и чугунной стружки // Литье и металлургия. – 2009. – № 4 (53). – С. 161–173.
- Дьяконов О.М. Получение металлургических брикетов на основе стружко-порошковых композиций горячим прессованием // Литье и металлургия. – 2011. – № 4 (63). – С. 129–137.
- Переработка стружки черных металлов / С.Л. Ровин, Л.Е. Ровин, Т.М. Заяц, О.М. Валицкая // Литье и металлургия. – 2017. – № 4 (89). – С. 94–101.
- Ровин С.Л., Калиниченко А.С., Ровин Л.Е. Возвращение дисперсных металлоотходов в производство // Литье и металлургия. – 2019. – № 1. – С. 45–48.
- Ровин С.Л., Валицкая О.М. Тепловая обработка чугунной стружки // Литье и металлургия. – 2007. – № 3. – С. 86–89.
- Логинов Ю.Н., Загиров Н.Н., Иванов Е.В. Оценка уровня упрочнения стружки из алюминиевого сплава, предназначенной для последующей обработки давлением // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 1. – С. 45–55. – doi: 10.17212/1994-6309-2021-23.1-45-55.
- Опыт утилизации металлической стружки / Д.М. Кукуй, И.В. Емельянович, В.П. Петровский, Л.Е. Ровин, С.Л. Ровин // Литье и металлургия. – 2009. – № 1. – С. 47–50.
- Яценко И.В., Самборук А.Р., Кузнец Е.А. Получение композита TiC+Al2O3+ AlFe из гранулированной шихты методом СВС // Современные материалы, техника и технологии. – 2016. – № 3 (6). – С. 149–153.
- Energy efficiency during conventional and novel sintering processes: the case of Ti–Al2O3–TiC composites / C. Musa, R. Licheri, A.M. Locci, R. Orru, G. Cao, M.A. Rodriguez, L. Jaworska // Journal of Cleaner Production. – 2009. – Vol. 17. – P. 877–882.
- Технология получения композиционного материала на основе многофункциональной оксидной керамики / В.А. Оковитый, Ф.И. Пантелеенко, Т.Л. Талако, А.Ф. Пантелеенко // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2015. – № 2 (67). – С. 39–45. – doi: 10.17212/1994-6309-2015-2-39-45.
- Dispersion characteristics, microstructural evolution and sintering behaviour of Al2O3-Ti6Al4V composites fabricated by spark plasma sintering / O.A. Moses, C.T. Edmond, T.T. Precious, L.S. Sipho, O.S. Ranti, O.P. Apata // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 18, pt. 7. – P. 3791–3797. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.07.317.
- Spark plasma sintering of Al-Ti-Al2O3 composite / S.R. Oke, O.E. Falodun, B.G. Motsa, O.O. Ige, P.A. Olubambi // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 18, pt. 7. – P. 3946–3951. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.07.335.
- Temperature distribution at steady state under constant current discharge in spark sintering process of Ti and Al2O3 powders / K. Matsugi, H. Kuramoto, T. Hatayama, O. Yanagisawa // Journal of Materials Processing Technology. – 2004. – Vol. 146. – P. 274–281. – doi: 10.1016/S0924-0136(02)01039-7.
- Влияние химического состава матрицы на структуру и свойства монолитных СВС-композитов / Н.Б. Пугачева, Ю.В. Николин, Т.М. Быкова, Е.И. Сенаева // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 3. – С. 124–138. – doi: 10.17212/1994-6309-2021-23.3-124-138.
- Sharifitabar M., Khaki J.V., Sabzevar M.H. Fabrication of Fe–TiC–Al2O3 composites on the surface of steel using a TiO2–Al–C–Fe combustion reaction induced by gas tungsten arc cladding // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. – 2016. – Vol. 23, N 2. – P. 193–204.
- Bayraktar E., Katundi D. Development of a new aluminium matrix composite reinforced with iron oxide (Fe3O4) // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. – 2010. – Vol. 38, N 1. – P. 7–14.
- Dadbakhsh S., Hao L. In situ formation of particle reinforced Al matrix composite by selective laser melting of Al/Fe2O3 powder mixture // Advanced Engineering Materials. – 2012. – Vol. 14, N 1–2. – P. 45–48. – doi: 10.1002/adem.201100151.
- Поверхностное легирование титана алюминием с использованием метода вневакуумной электронно-лучевой наплавки порошковых смесей / И.А. Батаев, Д.В. Лазуренко, М.Г. Голковский, И.С. Лаптев, И.K. Чакин, И.С. Иванчик // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 1 (74). – С. 51–60.
- Formation of phases in reactively sintered TiAl3 alloy / A. Skolaková, P. Salvetr, J. Leitner, T. Lovasi, P. Novak // Molecules. – 2020. – Vol. 25. – P. 1912. – doi: 10.3390/molecules25081912.
- Филимонов В.Ю., Логинова М.В. Формирование фазового состава в системе Ti-3Al на этапе вторичного структурообразования при синтезе в режиме теплового взрыва // Известия Томского политехнического университета. – 2007. – Т. 311, № 2. – C. 116–119.
- Kinetic and thermodynamic description of intermediary phases formation in Ti-Al system during reactive sintering / A. Skolakova, J. Leitner, P. Salvetr, P. Novak, D. Deduytsche, J. Kopecek, C. Detavernier, D. Vojtech // Materials Chemistry and Physics. – 2019. – Vol. 230. – P. 122–130. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2019.03.062.
- Дудина Д.В. Электроискровое спекание смесей металлических порошков и композитов c металлическими матрицами: особенности формирования структуры и свойства спеченных материалов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 2 (75). – С. 45–54. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-2-45-54.
- Kostov A., Friedrich B., Zivkovic D. Thermodynamic calculations in alloys Ti-Al, Ti-Fe, Al-Fe and Ti-Al-Fe // Journal of Mining and Metallurgy. – 2008. – Vol. 44 B. – P. 49–61. – doi: 10.2298/jmmb0801049k.
- Диаграммы состояния двойных металлических систем. В 3 т. Т. 1: справочник / под общ. ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996. – 992 с.
Дополнительные файлы
