Любые земные ресурсы когда-нибудь заканчиваются. Этот “феномен” требует не только более экономного расходования того, что уже добыто, но и эффективного использования вторичного сырья. Профессор кафедры “Автомобили, транспортные системы и процессы” Юго-Западного государственного университета Евгений АГЕЕВ занимается получением и практическим применением твердосплавных заготовок из электроэрозионных порошков, сырьем для которых служат отходы производства.
— Спеченные твердые сплавы имеют большое значение для современной техники, — поясняет важность темы Евгений Викторович. — Их использование в качестве режущего инструмента в несколько раз повысило скорость изготовления деталей на металлообрабатывающих станках, а значит, и производительность труда на предприятиях, где они применяются. Благодаря твердым сплавам появилась возможность обрабатывать изделия из твердых и абразивных неметаллических материалов, таких как стекло и фарфор. Значимость этих сплавов также в том, что их основной компонент вольфрам приносит несравненно больший эффект, чем, например, в составе быстрорежущей стали, используемой для обработки металлов. Режущим инструментом из твердого сплава с вольфрамом можно обработать в пять раз больше металла, чем инструментом из быстрорежущей стали с тем же количеством вольфрама.
Проблема, однако, в том, что вольфрам — металл дорогой и дефицитный, а сфера его применения постоянно расширяется. Поэтому исследования, связанные с экономным использованием его в вольфрамсодержащих твердых сплавах, сегодня очень актуальны. Особое место занимают вопросы переработки отходов, накопившихся в процессе изготовления и эксплуатации изделий из таких сплавов.
Один из перспективных методов получения порошка практически из любого токопроводящего материала, в том числе твердого сплава, — электроэрозионное диспергирование (ЭЭД). С помощью этого метода разрушение материала производится локальным воздействием кратковременных электрических разрядов, возникающих между электродами в рабочей жидкости. Такие разряды возникают при достижении напряжения определенной величины. В качестве электродов могут использоваться также пластины твердого сплава.
Благодаря высокой концентрации тепловой энергии материал в области разряда плавится и испаряется, рабочая жидкость окружает канал разряда газообразными продуктами распада. Капли расплавленного материала выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую жидкость, окружающую электроды, и застывают в ней, формируя каплеобразные частицы твердого сплава. Такой метод отличается относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой. Однако широкого применения при переработке вольфрамсодержащих твердых сплавов в порошки для их повторного использования ЭЭД пока не нашло. Причина — в отсутствии полноценных сведений (по крайней мере, в научно-технической литературе) о влиянии исходного состава, режимов и характеристик среды на свойства порошков и технологий реализации их в условиях реального производства. Поэтому для разработки таких технологий, оценки их эффективности необходимы комплексные теоретические и экспериментальные исследования.
Серьезная проблема развития современного машиностроения связана с повышением качества, надежности и долговечности деталей, узлов, механизмов. Одна из основных причин выхода их из строя — изнашивание. Разных видов и механизмов этого процесса множество. В некоторых случаях они протекают особенно интенсивно. В частности, очень быстро снижается качество деталей, которые работают в условиях абразивного и коррозионно-абразивного изнашивания, что характерно для автомобилей, сельхозтехники, дорожно-строительных, пищеперерабатывающих машин, горнодобывающего оборудования. Эту проблему можно решить с помощью эффективных методов изготовления, восстановления, упрочнения деталей машин благодаря применению специальных материалов для покрытий с заданными физико-механическими свойствами. К таким материалам, эффективным по критерию “цена — качество”, относятся, прежде всего, порошковые твердые сплавы, полученные из отходов вольфрамсодержащей продукции.
— Что представляют собой такие отходы и как их перерабатывают?
— Это могут быть некондиционные или уже использованные детали, болванки, не пошедшие в дело. Но главное — изготовленные из высокотвердых сплавов, износостойких металлических и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома, связанных кобальтовой металлической связкой (по типу битума в асфальтобетоне или цемента в цементобетоне). Они способны сохранять свои свойства при 900-1150 градусах. Твердые сплавы бывают разными по составу и различаются по металлам карбидов, которые в них содержатся: вольфрамовые, титано-вольфрамовые, титано-тантало-вольфрамовые, безвольфрамовые.
В отечественной и зарубежной промышленности применяют несколько методов переработки отходов твердых сплавов. Но почти у всех них есть недостатки, скажем повышенная энергоемкость, крупнотоннажность производства, требующая больших площадей. И при этом — малая производительность, неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Очевидно, что эта область промышленности испытывает острую потребность в эффективных инновационных разработках
— Расскажите о вашем вкладе в решение этой проблемы.
— В Юго-Западном госуниверситете создан научно-образовательный центр “Порошковая металлургия и функциональные покрытия”, которым я руковожу. Мы выполняем исследования, предусмотренные Перечнем критических технологий Российской Федерации и соответствующими приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники. Мы также занимаемся подготовкой научных кадров высшей квалификации на основе интеграции научной и образовательной деятельности, привлекаем к исследовательской работе студентов, магистрантов и аспирантов. Передаем результаты научных исследований в образовательный процесс.
Важная составляющая нашей работы — взаимодействие с предприятиями и организациями по вопросам производственного внедрения. Мы готовим и совершенствуем методики научных исследований, инженерных разработок на основе современных информационных технологий, создаем условия для их применения в учебном процессе и на производстве.
Мы разработали и внедрили технологию и оборудование для получения порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов марок ВК8, Т15К6, ТТ20К9, они готовы к промышленному использованию. Есть также технологии получения износостойких покрытий на деталях машин и режущих кромках металлообрабатывающих инструментов. Они повышают прочность порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов. Создана технология изготовления электродного материала для электроискрового легирования из тех же отходов, она позволяет от 1,5 до 5 раз повысить ресурс восстановленных и упрочненных деталей.
Все это прошло испытания и получило высокую оценку в ряде курских профильных компаний, а также в Центре конструкционной керамики и инженерного прототипирования Белгородского государственного национального исследовательского университета. А знания, добытые в процессе исследований, уже передаются молодому поколению. Они внедрены в учебный процесс: их приводят в лекциях, используют при выполнении лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов студентами, магистрантами, аспирантами Юго-Западного государственного университета и Курской государственной сельскохозяйственной академии.
— Где могут пригодиться результаты ваших исследований?
— Сфера их применения достаточно широка. Они перспективны в тех случаях, когда речь идет о получении особо чистых ультра- и нанодисперсных металлопорошков, диспергировании металлов и сплавов с критическими химическими и физическими свойствами (тугоплавкость, твердость, хрупкость, радиоактивность, химическая активность), регулировании дисперсности порошков в широких пределах (от 3 нм до 50 мкм). Результаты исследований позволят усовершенствовать и создать новые методы, например, получения порошков с частицами сферической формы с аморфной, стеклообразной и мелкокристаллической структурой или с высокоразвитой поверхностью, гарантирующей уникальные магнитные свойства, высочайшую химическую активность и сорбционную способность.
Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фотоснимки предоставлены Е.Агеевым
Нет комментариев