Исследователи Университета МИСИС успешно завершили испытания нового твердосплавного инструмента, оснащенного горными резцами для добычи каменного угля. По запасу ресурса он вдвое превосходит существующие аналоги. При поддержке промышленного партнера оборудование успешно прошло испытания на угольной шахте Кузбасса. Создание такого инструмента стало возможным благодаря улучшению свойств твердого сплава, который позволил снизить износ и критическую деформацию рабочих элементов горнопроходческого оборудования.
Твердосплавный инструмент широко применяется в металлургии и машиностроении при обработке металлов, в горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых, нефтегазовой отрасли при бурении скважин, а также в строительной индустрии.
Твердые сплавы — это композиционные материалы, состоящие из карбидного скелета и металлической связки на основе металлов группы железа. В процессе металлообработки или бурения горных пород твердосплавный инструмент подвергается высоким механическим нагрузкам и интенсивному износу, а рабочие поверхности инструмента разогреваются до 1000°С. Такие экстремальные условия эксплуатации закономерно приводят к деградации оборудования и критически влияют на его работоспособность.
«Деформация режущих кромок может существенно сократить срок службы инструмента. Поэтому для увеличения стойкости твердых сплавов в их состав вводят тугоплавкие карбиды, такие как карбид тантала, что значительно увеличивает сопротивление деформации при высоких температурах. Однако точный механизм положительного влияния карбида тантала на свойства твердых сплавов требует дальнейших исследований», — рассказал д.т.н. Евгений Левашов, заведующий кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ МИСИС.
Ученые Университета МИСИС изучили механические свойства и структурные изменения твердых сплавов с добавками карбида тантала с использованием уникальной методики с одновременным нагревом и видеофиксацией структурных изменений электронно-прозрачных объектов из твердых сплавов непосредственно в колонне просвечивающего электронного микроскопа. Методика также позволила провести микромеханические испытания материалов, в том числе при повышенных температурах. Подробности исследования описаны в научном журнале «Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия».
«Мы показали, что сопротивление деформации при повышенных температурах в твердом сплаве на основе вольфрама (WC—6 %Co), легированным карбидом тантала, связано с формированием в металлической матрице композита упрочняющих танталсодержащих наночастиц», — отметил к.т.н. Александр Зайцев, старший научный сотрудник лаборатории «In situ диагностика структурных превращений» научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСИС-ИСМАН.
Результаты исследования позволили открыть новые перспективы в стратегии легирования при совершенствовании технологии производства твердых сплавов. Расширение фундаментальных представлений о механизме деформации при повышенных температурах позволили получить инструмент для добычи каменного угля с двухкратным приростом ресурса работы.
