enБезвольфрамовые твердые сплавы
Описание
Безвольфрамовые твердые сплавы (БВТС) или керметы – материалы, основу которых составляет не карбид вольфрама, а иное тугоплавкое соединение – как правило, карбид или карбонитрид титана, цементирующей фазой служат металлы – никель и/или кобальт, с упрочняющими добавками переходных металлов 4, 5, 6 групп (Мо, W, Cr, Nb и т.д.). Эти материалы сочетают в себе как керамические свойства (исключительные твёрдость и износостойкость, устойчивость к окислению, низкую адгезию к обрабатываемому материалу), так и металлические свойства (прочность, сопротивление удару). Важной отличительной особенностью БВТС или керметов является их микроструктура, а именно присутствие так называемой К-фазы, представляющей собой сложный карбид, образующий оболочечную структуру вокруг каждой частицы карбонитрида и обеспечивающий прочную связь этих твёрдых частиц с пластичной металлической связкой. Также следует отметить низкий удельный вес этих материалов в сравнении с вольфрамовыми твёрдыми сплавами.
Первый в мире кермет (TiC, Mo2C, Ni/Сo,Cr) был запатентован компанией «Plansee» (Германия) в 1931 году, однако в то время он не нашёл широкого применения из-за низких значений прочности. Только в 1959 г. фирма «Ford» (США) сообщила о возможном применении керметов для режущего инструмента на некоторых операциях, что послужило новым толчком для проведения исследований в данной области. Серийный выпуск керметов в США начался в 1966 году. В СССР первый отечественный БВТС появился в 60-х годах XX столетия - разработка ВНИИТС, сплав получил обозначение "ТМ". В Советском Союзе наибольшее распространение получили БВТС марок ТН20 (на основе TiC) и КНТ16 (на основе TiCN), главным недостатком которых была недостаточная прочность и нестабильность свойств.
«ВИРИАЛ» взяв за основу эти марки, до сих пор пользующиеся спросом в России, усовершенствовал их, а также технологию их изготовления с использованием самого современного оборудования, например вакуум-компрессионных печей «Tepla» (Германия), и наладил производство БВТС для двух основных областей применения: трибологии и металлообработки. Каждая область применения требует от материалов своих особенностей, поэтому технологии производства двух видов керметов схожих составов, но различного применения разработаны с учётом этих особенностей. Кроме этого «ВИРИАЛ» ведёт разработки керметов собственных составов с потребительскими свойствами, не уступающими лучшим мировым аналогам.
Области применения
В «ВИРИАЛ» разработана технология производства высококачественных трибологических керметов марок КНТ16Трибо и КНТ20Трибо, отличающихся содержанием металлической связки и, как следствие, твёрдостью/износостойкостью и прочностью. Они предназначены, прежде всего, для радиальных подшипников трения в насосах по перекачки разнообразных жидкостей как при низких температурах, так и при температурах близких к кипению: морской воды, пластовой жидкости при добыче нефти и газа, загрязнённой воды абразивными частицами, различных солевых растворов, например растаявший уличный снег и т.д., при условии относительно невысоких рабочих нагрузок.
Отличительные особенности трибологических керметов компании «ВИРИАЛ»:
1. Высокая прочность, обеспечиваемая регулировкой микроструктуры (составом и объёмом К-фазы), а также применением вакуум-компрессионного спекания, которое практически устраняет остаточную пористость в материале. Высокая прочность керметов значительно снижает вероятность растрескивания пар трения в процессах сборки и эксплуатации.
2. Низкий и стабильный коэффициент трения, обеспечиваемым микронным размером зерна твёрдой фазы и специальной подготовкой рабочих поверхностей изделий, снижает энергозатраты оборудования.
3. Как негативный фактор можно указать на меньшие предельные нагрузки, которые выдерживают пары трения из керметов в процессе работы (в сравнении с вольфрамовыми твёрдыми сплавами), связанные, прежде всего с меньшим модулем упругости и более низкой теплопроводностью.
Трибологические керметы компании «ВИРИАЛ» - реальная альтернатива парам трения из вольфрамовых твёрдых сплавов там, где не требуются высокие рабочие нагрузки.
Свойства трибологических керметов в сравнении с стандартным вольфрамовым твёрдым сплавом ВК8
| Характеристика | Материал | ||
| КНТ16Трибо | КНТ20Трибо | ВК8 (ГОСТ 3882) | |
| плотность, г/см³ | 6,0 | 6,2 | 14,6 |
| предел прочности при изгибе, МПа | 1800 | 2000 | 1670 |
| модуль Юнга, ГПа | 430 | 400 | 600 |
| твердость по Роквеллу, HRA | 91,0 | 90,0 | 87,5 |
| трещиностойкость, МПа×мˆ(½) | 10 | 11 | 14 |
| коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К) | 20 | 24 | 50 |
| коэффициент термического расширения, 10ˆ(-6)/К | 8,5 | 9,0 | 5,1 |
| коэффициент трения в воде | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
| предельная удельная рабочая нагрузка*, МПа | 2,0 | 2,0 | > 4,0 |
| балл коррозионной стойкости в морской воде | 4 | 4 | 4 (стойкий) |