chebЧебышевский сборникChebyshevskii Sbornik2226-8383Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University10.22405/2226-8383-2022-23-1-197-208cheb-1243Research ArticleИстория математики и приложенийСomputer scienceМатематический размерный анализ порошков, полученных электроэрозионным диспергированием жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в водеDimensional analysis of powders obtained by electroerosive dispersion of heat-resistant nickel alloy ZHS6U in waterАгеевЕвгений ВикторовичAgeevYevgeniy Viktorovich

доктор технических наук, профессор

doctor of technical sciences, professor

ageev_ev@mail.ruГвоздевАлександр ЕвгеньевичGvozdevAleksander Evgenуevich

доктор технических наук, профессор

doctor of technical sciences, professor

gwozdew.alexandr2013@yandex.ruПротопоповЕвгений АлександровичProtopopovYevgeniy Aleksandrovich

кандидат технических наук, старший преподаватель

candidate of technical sciences

pea_12@mail.ruПодановВадим ОлеговичPodanоvVadim Olegovich

аспирант

postgraduate student

vadim.podanov@yandex.ruАгееваАнна ЕвгеньевнаAgeevaAnna Evgenievnaageevaanna2004@yandex.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwestern State UniversityRussian FederationТульский государственный педагогический университет им. Л.Н. ТолстогоРоссияTula State Lev Tolstoy Pedagogical UniversityRussian FederationТульский государственный университетРоссияTula State UniversityRussian FederationЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation202206062022231197208Copyright © Агеев Е.В., Гвоздев А.Е., Протопопов Е.А., Поданов В.О., Агеева А.Е., 20222022Агеев Е.В., Гвоздев А.Е., Протопопов Е.А., Поданов В.О., Агеева А.Е.Ageev Y.V., Gvozdev A.E., Protopopov Y.A., Podanоv V.O., 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://www.chebsbornik.ru/jour/article/view/1243

В настоящее время одна из основных проблем использования сплава ЖС6У связана с наличием в его составе дорогостоящих компонентов, таких как Ni, Ti, Mo, Со и др. и необходимостью его повторного использования путем измельчения. Одним из эффективных, но недостаточно изученных металлургических способов измельчения металлоотходов является электродиспергирование. К настоящему времени в современной научно-технической литературе отсутствуют полноценные сведения о составе, структуре и свойствах частиц сплава ЖС6У, полученных в условиях электроэрозионной металлургии.Целью настоящей работы являлось проведение размерного анализа частиц порошка, полученного электроэрозионным диспергированием жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в воде.Электродиспергирование отходов сплава жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в виде некондиционных «рабочих» лопаток турбины реактивного двигателя самолета осуществляли в воде дистиллированной на оригинальной установке. В результате воздействия кратковременных электрических разрядов в воде образовывались частицы порошка жаропрочного никелевого сплава ЖС6У различного размера. Размерные характеристикичастиц порошка, полученного электроэрозионным диспергированием жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в воде, исследовали на лазерном анализаторе размеров частиц «Analysette 22 NanoTec».На основании проведенных экспериментальных исследований и их математической обработки, установлено, что частицы порошка, полученного электроэрозионным диспергированием жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в воде, имеют размеры от 0,1 до 285 мкм со средним объемным диаметром 67,1 мкм. Отмечены особенности формирования фракционного состава частиц порошка в процессе электроэрозионной металлургии метал-лоотходов марки ЖС6У, а именно наличие двух экстремумов размеров частиц 10 мкм и 100 мкм: мелкая фракция (0,1 . . . 25,0 мкм) образуется за счет конденсации парообразной фазы и крупная фракция (25,0 . . . 300 мкм) образуется за счет конденсации жидкой фазы. Отмечено, что смещение экстремумов размеров частиц, образующихся при кристаллизации парообразной и жидкой фаз, определяется электрическими параметрами работы установки: напряжением на электродах, емкостью разрядных конденсаторов и частотой следования импульсов. Показано, что в порошке, полученном электроэрозионным диспергированием жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в воде, содержится: 5% частиц с размером до 1,69 мкм; 10% частиц с размером до 3,36 мкм; 25% частиц с размером до11,71 мкм; 50% частиц с размером до 50,07 мкм; 75% частиц с размером до 99,02 мкм; 90% частиц с размером до 165,74 мкм; 95% частиц с размером до 210,72 мкм; 99% частиц с размером до 281,09 мкм включительно. При этом удельная площадь поверхности порошка составляет 7994 см^2/см^3.

Currently, one of the main problems of using the ZhS6U alloy is associated with the presence of expensive components in its composition, such as Ni, Ti, Mo, Co, etc. and the need to reuse it by grinding. One of the effective, but insufficiently studied metallurgical methods of grinding metal waste is electrodispersion. To date, in the modern scientific and technical literature there is no complete information about the composition, structure and properties of the particles ofthe ZhS6U alloy obtained in the conditions of electroerosive metallurgy.The purpose of this work was to conduct a dimensional analysis of powder particles obtained by electroerosive dispersion of heat-resistant nickel alloy ZhS6U in water.Electrodispersion of the waste of the heat-resistant nickel alloy ZHS6U in the form of substandard "working"turbine blades of the jet engine of the aircraft was carried out in distilled water at the original installation. As a result of exposure to short-term electrical discharges, particles of heat-resistant nickel alloy ZHS6U powder of various sizes were formed in the water.The dimensional characteristics of the powder particles obtained by electroerosive dispersion of the heat-resistant nickel alloy ZHS6U in water were studied using a laser particle size analyzer "Analysette 22 NanoTec".Based on the conducted experimental studies, it was found that the powder particles obtained by electroerosive dispersion of heat-resistant nickel alloy ZHS6U in water have sizes from 0.1 to 285 microns with an average volumetric diameter of 67.1 microns. The features of the formation of the fractional composition of powder particles in the process of electroerosive metallurgy of metal waste of the ZhS6U brand are noted, namely, the presence of two extremes of particle sizes of 10 microns and 100 microns: a small fraction (0.1 . . . 25.0 microns) is formeddue to condensation of the vapor phase and a large fraction (25.0 . . . 300 microns) is formed due to condensation of the liquid phase. It is noted that the displacement of the extremes of the particle sizes formed during the crystallization of the vapor and liquid phases is determined by the electrical parameters of the installation: the voltage on the electrodes, the capacity of the discharge capacitors and the pulse repetition frequency. It is shown that the powder obtainedby electroerosive dispersion of heat-resistant nickel alloy ZHS6U in water contains: 5% particles with a size up to 1.69 microns; 10% particles with a size up to 3.36 microns; 25% particles with a size up to 11.71 microns; 50% particles with a size up to 50.07 microns; 75% particles with a size up to 99.02 microns; 90% of particles with a size up to 165.74 microns; 95% of particles with a size up to 210.72 microns; 99% of particles with a size up to 281.09 microns inclusive. In this case, the specific surface area of the powder is 7994 cm^2/cm^3.

отходы жаропрочного никелевого сплава ЖС6Уэлектроэрозионное диспергированиечастицы порошкаразмерные характеристики.waste of heat-resistant nickel alloy ZhS6Uelectroerosive dispersionpowder particlesdimensional characteristics.Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ (НШ-596.2022.4).ReferencesНовикова О.В., Кочетков В.А., Виноградов А.И., Жуков А.А., Тихонов А.А., Маринин С.Ф. Применение газоизостатического прессования для повышения эксплуатационной надежности лопаток турбины из жаропрочного сплава типаЖС6У // Заготовительные производства в машиностроении. 2007. № 8. С. 54-56.Novikova, O.V., Kochetkov, V.A., Vinogradov, A.I., Zhukov, A.A., Tikhonov, A.A. & Marinin, S.F. 2007, “The use of gas-static pressing to improve the operational reliability of turbine blades made of heat-resistant alloy type ZHS6U“, Procurement production in mechanical engineering, no. 8, pp. 54-56.Курихина Т.В. Кинетика образования интерметаллида на основе Ni3Al в жаропрочном никелевом сплаве ЖС6У // Технология машиностроения. 2017. № 1. С. 5-8.Kurikhina, T.V. 2017, “Kinetics of formation based on Ni3Al intermetallic compound in heatresistant nickel alloy ZhS6U“, Technology of mechanical engineering, no. 1, pp. 5-8.Добрынин Д.А., Алексеева М.С., Афанасьев-Ходыкин А.Н. Ремонт деталей горячего тракта газотурбинного двигателя из жаропрочного никелевого сплава марки ЖС6У // Труды ВИАМ. 2021. № 5 (99). С. 3-13.Dobrynin, D.A., Alekseeva, M.S. & Afanasiev-The Khodykin, A.N. 2021, “Repair of the hot gas path of a gas turbine engine from heat-resistant Nickel alloy grade ZHS6U“, Trudy VIAM, no. 5 (99), pp. 3-13.Михайленко С.В., Настольная В.В., Бородихин А.С., Голубь Р.С. Исследование производительности обработки жаропрочной стали ЖС6У керамическими пластинами // Актуальные научные исследования в современном мире. 2020. № 12-1 (68). С. 128-131.Mikhailenko, S.V., Nastol’naya, V.V., Borodikhin, A.S. & Golub, R.S. 2020, “Investigation of the performance of processing heat-resistant steel ZhS6U with ceramic plates“, Actual scientific research in the modern world, no. 12-1 (68), pp. 128-131.Быков Ю.Г., Логунов А.В., Разумовский И.М., Фролов В.С. Изменение плотности сплава ЖС6У в процессе эксплуатации // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. № 7 (625). С. 29-32.Bykov, Yu.G., Logunov, A.V., Razumovsky, I.M. & Frolov, V.S. 2007, “The change in the density of alloy ZHS6U in the process of operation“, Metallology and heat treatment of metals,no. 7 (625), pp. 29-32.Оспенникова О.Г., Орлов М.Р. Повышение свойств жаропрочного сплаваЖС6У-ВИ путем горячего изостатического прессования и последующей термической обработки // Материаловедение. 2007. № 9. С. 32-37.Ospennikova, O.G. & Orlov, M.R. 2007, “Improving the properties of the heat-resistant alloy ZhS6U-VI by hot isostatic pressing and subsequent heat treatment“, Materials science, no. 9, pp. 32-37.Ерёмин Е.Н., Филиппов Ю.О., Давлеткильдеев Н.А., Миннеханов Г.Н. Исследование структуры сплаваЖС6У методом атомно-силовой микроскопии // Омский научный вестник. 2011. № 1 (97). С. 24-29.Eremin, E.N., Filippov, Yu.O., Davletkildeev, N.A. & Minnekhanov, G.N. 2011, “Investigation of the structure of the alloy ZhS6U by atomic force microscopy“, Omsk Scientific Bulletin, no. 1 (97), pp. 24-29.Еремин Е.Н., Филиппов Ю.О., Маталасова А.Е. Исследование карбидных фаз в сплаве ЖС6У // Омский научный вестник. 2014. № 3 (133). С. 59-63.Eremin, E.N., Filippov, Yu.O. & Matalasova, A.E. 2014, “Investigation of carbide phases in the alloy ZhS6U“, Omsk Scientific Bulletin, no. 3 (133), pp. 59-63.Ерёмин Е.Н., Филиппов Ю.О., Миннеханов Г.Н., Лопаев Б.Е. Исследование фазовых превращений в сплаве ЖС6У методами термического анализа // Омский научный вестник. 2013. № 1 (117). С. 63-68.Eremin, E.N., Filippov, Yu.O., Minnekhanov, G.N. & Lopaev, B.E. 2013, “Investigation of phase transformations in the alloy ZhS6U by methods of thermal analysis“, Omsk Scientific Bulletin, no. 1 (117), pp. 63-68.Равилов Р.Г., Петрова М.А., Древняк В.В., Саадатибаи М. Методика оценки долговечности покрытия на лопатках турбины из сплавовЖС6У ИЖС26ВСНК // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2015. № 222 (12). С. 201-206.Ravilov, R.G., Petrova, M.A., Drevnyak, V.V. & Saadatibai, M. 2015, “Methodology for assessing the durability of the coating on turbine blades made of alloys ZhS6U and ZHS26VSNK“, Scientific Bulletin of the Moscow State Technical University of Civil Aviation, no. 222 (12), pp. 201-206.Ageeva E.V., Khor’yakova N.M., Ageev E.V. Morphology of copper powder produced by electrospark dispersion from waste // Russian Engineering Research. 2014. Vol. 34(11). P. 694-696.Ageeva, E.V., Horyakova, N.M. & Ageev, E.V. 2014, “Morphology of copper powder obtained by electric spark dispersion from waste“, Russian Engineering Research, vol. 34 (11), pp. 694-696.Ageeva E.V., Khor’yakova N.M., Ageev E.V. Morphology and composition of copper electrospark powder suitable for sintering // Russian Engineering Research. 2015. Vol. 35(1). P. 33-35.Ageeva, E.V., Horyakova, N.M. & Ageev, E.V. 2015, “Morphology and composition of electric spark copper powder suitable for sintering“, Russian Engineering Research, vol. 35 (1), pp. 33-35.Ageeva E.V. Ageev E.V., Latypov R.A. Investigation into the properties of electroerosive powders and hard alloy fabricated from them by isostatic pressing and sintering // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2015. Vol. 56(1). P. 52-62.Ageeva, E.V., Ageev, E.V. & Latypov, R.A. 2015, “Investigation of the properties of electroerosive powders and hard alloys obtained from them by isostatic pressing and sintering“, Russian Journal of Non-Ferrous Metals, vol. 56 (1), pp. 52-62.Ageeva E.V., Ageev E.V., Karpenko V.Y. Nanopowder produced from high-speed steel waste by electrospark dispersion in water // Russian Engineering Research. 2015. Vol. 35(3). P. 189-190.Ageeva, E.V., Ageev, E.V. & Karpenko, V.Y. 2015, “Nanopowder obtained from the wastes of high speed steel by electro-spark dispersion in water“, Russian engineering research, vol. 35 (3), pp. 189-190.Latypov R.A., Ageeva E.V., Kruglyakov O.V., Latypova G.R. Electroerosion micro- and nanopowders for the production of hard alloys // Russian Metallurgy (Metally). 2016. Vol. 2016(6). P. 547-549.Latypov, R.A., Ageeva, E.V., Kruglyakov, O.V. & Latypova, G.R. 2016, “Electroerosion microand nanopowders for the production of hard alloys“, Russian metallurgy (Metal), vol. 2016 (6), pp. 547-549.Latypov R.A., Ageev E.V., Latypova G.R., Altukhov A.Y., Ageeva E.V. Elemental Composition of the Powder Particles Produced by Electric Discharge Dispersion of theWastes of a VK8 Hard Alloy // Russian Metallurgy (Metally). 2017. Vol. 2017(12). P. 1083-1085.Latypov, R.A., Ageev, E.V., Latypova, G.R., Altukhov, A.Y. & Ageeva, E.V. 2017, “Elemental composition of the powder particles produced by electric discharge dispersion of the wastes ofa VK8 hard alloy“, Russian Metallurgy (Metally), vol. 2017 (12), pp. 1083-1085.Latypov R.A., Ageev E.V., Altukhov A.Y., Ageeva E.V. Manufacture of Cobalt–Chromium Powders by the Electric Discharge Dispersion of Wastes and Their Investigation // Russian Metallurgy (Metally). 2018. Vol. 2018(12). P. 1177-1180.Latypov, R.A., Ageev, E.V., Altukhov, A.Y. & Ageeva, E.V. 2018, “Manufacture of cobalt– chromium powders by the electric discharge dispersion of wastes and their investigation“, Russian Metallurgy (Metally), vol. 2018 (12), pp. 1177-1180.Latypov R.A., Ageev E.V., Altukhov A.Y., Ageeva E.V. Effect of Temperature on the Porosity of the Additive Products Made of the Dispersed Wastes of Cobalt–Chromium Alloys // Russian Metallurgy (Metally). 2019. Vol. 2019(12). P. 1300-1303.Latypov, R.A., Ageev, E.V., Altukhov, A.Y. & Ageeva, E.V. 2019, “Effect of temperature on the porosity of the additive products made of the dispersed wastes of cobalt–chromium alloys“, Russian Metallurgy (Metally), vol. 2019 (12), pp. 1300-1303.Ageev E.V., Altukhov A.Yu., Ageeva E.V., Pykhtin A.I. Structure and mechanical properties of powders obtained by electrodisperging cobalt-chromium alloy // Journal of Applied Engineering Science. 2021. Vol. 19(1). P. 230-236.Ageev, E.V., Altukhov, A.Yu., Ageeva, E.V. & Pykhtin, A.I. 2021 “Structure and mechanical properties of powders obtained by electrodisperging cobalt-chromium alloy“, Journal of Applied Engineering Science, vol. 19 (1), pp. 230-236.Ageeva E.V., Ageev E.V., Latypov R.A. Properties of the VNZH Pseudoalloy Sintered from Spark Erosion Powders Fabricated in Distilled Water // Russian Metallurgy (Metally). 2021. Vol. 6. P. 119-123.Ageeva, E.V., Ageev, E.V. & Latypov, R.A. 2021, “Properties of the VNZH pseudoalloy sintered from spark erosion powders fabricated in distilled water“, Russian Metallurgy (Metally), vol. 6, pp. 119-123.Ageeva E.V., Ageev E.V., Kuzovleva O.V., Gvozdev A.E. Mathematical optimization of the process of electrodispergation of the waste of the alloy of the residence permit // Chebyshevskii Sbornik. 2021. Vol. 22(2). P. 389-401.Ageeva, E.V., Ageev, E.V., Kuzovleva, O.V. & Gvozdev, A.E. 2021, “Mathematical optimization of the process of electrodispergation of the waste of the alloy of the residence permit“, Chebyshevskii Sbornik, vol. 22 (2), pp. 389-401.Ageeva E.V., Ageev E.V., Kuzovleva O.V., Gvozdev A.E. Development of scientific and technological foundations for a new environmentally friendly and waste-free process for grinding conductive waste into micro- and nanofractions powders // Chebyshevskii Sbornik. 2021. Vol. 21(4). P. 314-326.Ageeva, E.V., Ageev, E.V., Kuzovleva, O.V. & Gvozdev, A.E. 2021, “Development of scientific and technological foundations for a new environmentally friendly and waste-free process for grinding conductive waste into micro- and nanofractions powders“, Chebyshevskii Sbornik, vol.Ageev E.V., Ageeva E.V., Khoryakova N.M. X-Ray methods for studying the surface of powder obtained by electroerosion dispersion of the waste of W–Ni–Fe 95 pseudoalloy in kerosene // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2021. Vol. 15. No. 4. P. 723-727.(4), pp. 314-326.Ageev E.V., Ageeva E.V. Wear Resistance of Hardened Components Produced from Electrospark Cobalt–Chromium Powder by Additive Manufacturing // Russian Engineering Research. 2021. Vol. 41. No. 8. P. 731-733.Ageev, E.V., Ageeva, E.V. & Khoryakova, N.M. 2021, “X-Ray methods for studying the surface of powder obtained by electroerosion dispersion of the waste of W–Ni–Fe 95 pseudoalloy in kerosene“, Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, vol. 15, no. 4, pp. 723-727.Агеев Е.В., Гвоздев А.Е. Быстрорежущие стали: сверхпластичность и рециклинг: монография // Курск: Изд-во ЗАО «Университетская книга», 2021. 386 с.Ageev, E.V. & Ageeva, E.V. 2021, “Wear resistance of hardened components produced from electrospark cobalt–chromium powder by additive manufacturing“, Russian Engineering Research, vol. 41, no. 8, pp. 731-733.Ageev, E.V. & Gvozdev, A.E. 2021, High-speed steels: superplasticity and recycling, Publishing House of ZAO Universitetskaya kniga, Kursk.Ageev, E.V. & Gvozdev, A.E. 2021, High-speed steels: superplasticity and recycling, Publishing House of ZAO Universitetskaya kniga, Kursk.

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