Сравнительный анализ потребительских характеристик твердых сплавов для производства буровых шарошечных долот от различных производителей

Full Text

Обоснование. Обработка резанием современных материалов требует создания сверхтвердых инструментальных материалов, к числу наиболее передовых из которых относят твердые сплавы. Способы производства, химический состав, ассортимент и свойства твердых сплавов очень разнообразны.

Цель — рассмотрение классификации и сравнительный анализ потребительских характеристик твердых сплавов.

Методы. Выделяют классификации твердых сплавов по способу изготовления, по области применения и по содержанию вольфрама. Марки твердых сплавов состоят из букв, обозначающих состав сплава, и цифр, которые показывают процентное содержание элементов.

Твердые сплавы производятся в основном с использованием методов порошковой металлургии, которые позволяют создавать сплавы, совмещая компоненты со значительным различием в температуре плавления. В ходе процесса порошки карбидов (вольфрама, титана, тантала и других материалов) смешивают с порошком связующего материала (кобальт, никель и другие), прессуют и спекают при температурах 1400–1500 °C. Основное применение твердые сплавы нашли для изготовления износостойких частей применяющихся при бурении инструментов, выпуском которых в Самарской области занимается АО «Волгобурмаш» [1].

Результаты. В таблице 1 представлены результаты сравнения свойств твердых сплавов, используемых для изготовления буровых шарошечных долот на предприятии АО «Волгобурмаш». Для исследования брались собственные порошковые смеси и гранулированные смеси от сторонних производителей, рассматривались их физико-механические характеристики [2].

 

Таблица 1. Сравнение физико-механических свойств твердых сплавов, изготовленных из различных гранулированных смесей

№	Изготовитель	Плотность, г/см3	Твердость, HRA	Коэрцитивная сила Hc, Э	Предел прочности при поперечном разрыве, кгс/мм2	Средний размер зерна, мкм	Вязкость разрушения Wк МН*м–3/2	Средняя длина трещины, мкм
1	АО «ВБМ»	14,53	88,3	83	296	2,6	17,6	86
2	Смесь 1	14,51	88,4	87	315	2,5	17,5	89
3	Смесь 2	14,47	88,3	97	267	2,6	15,9	107
4	Смесь 3	14,51	88,3	79	290	2,6	16,8	97
5	Смесь 4	14,53	88,3	83	296	2,6	17,3	82

Примечание: выделенное значение имеет отклонение от требований СТП 582 АО «ВБМ».

 

Анализ результатов показывает, что все твердые сплавы имеют примерно одинаковую плотность (14,51 г/см³), твердость (88,3 HRA) и средний размер зерна (2,6 мкм). Однако наблюдаются существенные различия, особенно в коэрцитивной силе, которая является значением напряженности внешнего магнитного поля, необходимым для полного размагничивания ферромагнитного или ферримагнитного материала. Коэрцитивная сила варьируется от 83 Hc, Э (у АО ВБМ и поставщика 4) до 97 Hc, Э (у поставщика 2). Значение 97 Hc, Э отклоняется от требований СТП 582 АО «Волгобурмаш». Предел прочности при поперечном разрыве, то есть механическое напряжение, при котором происходит разрушение материала, также отличается у различных поставщиков. У поставщика 2 этот предел составляет 267 кгс/мм², в то время как у поставщика 1 он достигает 315 кгс/мм². Средняя длина трещины также различается: у поставщика 4 она составляет 82 мкм, а у поставщика 2 — 107 мкм. Параметры сплавов поставщика 5 схожи с указанными, однако он уступает АО «Волгобурмаш» в величине вязкости разрушения, которая является критическим фактором интенсивности напряжений острой трещины, при котором распространение трещины становится быстрым и неограниченным.

Выводы. Технологии производства твердых сплавов постоянно совершенствуются и внедряются в различных отраслях промышленности. Проведенное сравнение показало, что наиболее эффективным вариантом для изготовления буровых шарошечных долот является использование твердых сплавов, произведенных компанией «Волгобурмаш».

About the authors

Самарский государственный технический университет

Author for correspondence.
Email: korobovak3104@gmail.com

студентка, группа 2-ИНГТ-22ИНГТ-107, Институт нефтегазовых технологий

Russian Federation, Самара

Самарский государственный технический университет

Email: komarovaapolinaa@gmail.com

студентка, группа 2-ИНГТ-22ИНГТ-107, Институт нефтегазовых технологий

Russian Federation, Самара

References

Supplementary files