Ученые НИТУ МИСИС предложили новый способ улучшения свойств твердого сплава для горного инструмента

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.

Фото: пресс-служба НИТУ МИСИС