В1. Истории возникновения и развития твердых сплавов

Многие отрасли используют изделия из твердых сплавов (ТС). Это - материалы для металлообработки резанием, горнообрабатывающая промышленность, бессгружковая обработка, авиационная, космическая отрасли и др.

Твердые сплавы представляют собой композиционный материал особого класса со специфическим строением, обладающий высокой твердостью, износостойкостью и достаточной прочностью, которые сохраняются до 600...800 °С. Кратко их можно определить как композиция, состоящая из тугоплавкого соединения, обычно карбида, и сравнительно «легкоплавкого» связующего металла группы железа.

Твердые сплавы получают методом порошковой металлургии из порошков тугоплавких соединений (более 50 % объемн.) и металлов группы железа. Тугоплавкие и твердые соединения (карбиды, нитриды, бо- риды, силициды), являющиеся основой твердых сплавов, в большинстве своем имеют особую кристаллическую структуру, характерную для фаз внедрения, которые хотя и содержат до 50...60 % неметаллических атомов, обладают ярко выраженными металлическими свойствами. Карбиды металлов IV-VI групп периодической системы элементов, относящиеся к фазам внедрения, имеют высокие температуры плавления, весьма тверды, их модули Юнга велики, проводят электрический ток, но, к сожалению, характеризуются повышенной хрупкостью и низкими значениями пластичности и прочности.

Эти свойства фаз внедрения, связанные с их специфическим строением и громадными силами сцепления в кристаллах, были использованы при разработке износостойкого материала. Однако высокая хрупкость не позволила применить их в виде отдельных соединений карбидов. Требовалось уменьшить хрупкость и повысить прочность, что удалось сделать с помощью добавки кобальта. Эго позволило практически сохранить многие свойства карбида. Так, твердые сплавы WC-Co и WC-TiC-Co имеют твердость 86...92 HRA, модуль упругости 500...700 ГПа, предел прочности на сжатие

4000...6000 Н/мм2, предел прочности на изгиб 1000...2500 Н/мм2, ударную вязкость 6,0...50,0 кДж/м2.

В химическом отношении твердые сплавы весьма устойчивы против воздействия кислот и щелочей, имеют достаточную окалино- стойкость. Эти свойства и определяют широкие области применения твердых сплавов.

Первые сведения по твердым сплавам относятся к 1914 г. и связаны с требованиями металлообрабатывающей промышленности для обработки появившихся новых марок сталей. Германский специалист Ш. Ломан измельчал карбиды в тонкий порошок, прессовал изделия и нагревал их почти до температуры плавления.

Германские инженеры В. Фукс и Р. Колец изготовляли образцы из карбида вольфрама с добавками железа, хрома, титана методом горячего прессования («тицит»). Патенты Г. Ломана и X. Шретера послужили основой для разработки различных марок сплава Видна (как алмаз) типа Y и Н (германский стандарт). В 1925 г. германская фирма Osram по патенту X. Шретера получила спеченный твердый сплав на основе карбида вольфрама с кобальтом, а в 1926 г. фирма Кшрр начала промышленное производство сплавов под названием «Видна» (94 % WC и 6 % Со). Инструмент из этого сплава произвел переворот в металлообрабатывающей промышленности, позволив увеличить скорость резания в 10-20 раз (в зависимости от обрабатываемого материала). С этого момента началось бурное развитие производства ТС. Появились сплавы с частичной заменой карбида вольфрама карбидами титана, ниобия, тантала, молибдена, а вместо кобальта другая связка - Ni, Ni-Cr, Co-Mo, Fe-Ni и др.

В нашей стране возникновение и становление производства твердых сплавов связано с именем Г.А. Меерсона, под руководством которого в 1929 г. были получены на Электроламповом заводе первые образцы советского твердого сплава, а затем налажен и опытный выпуск изделий из него под названием «Победит»: содержал 90 % карбида вольфрама и 10 % кобальта и предназначался для изготовления пластин для оснащения режущего инструмента, волок для протяжки проволоки, вставок и буровых коронок для бурения горных пород. В начале 1930-х годов на заводе редких элементов (с 1936 г. Московский комбинат твердых сплавов (МКТС)) под руководством В.Я. Рискина по несколько отличной технологии от сплава «Победит» был начат выпуск сплава РЭ8 (92 % WC + 8 % Со), послуживший основой выпуска целой гаммы отечественных твердых сплавов WC-Co и WC-TiC-Co.

В 1939 г. под руководством известного советского ученого В.И. Третьякова была разработана и внедрена на «МКТС» технология сплава «Рэникс» (WC-Ni), из которого в годы Великой Отечественной войны изготавливались головки для бронебойных снарядов.

В послевоенный период в результате исследовательских работ Всесоюзного научно-исследовательского института тугоплавких сплавов (ВНИИТС), созданного в 1948 г., под руководством В.С. Третьякова, Г.С. Креймера, В.А. Ивенсена были разработаны и внедрены технологии сплавов WC-Co, WC-TiC-Co, WC-TiC-TaC- Со, TiC(TiN)-Ni-Mo и других различных составов для резания, перфораторного бурения горных пород, шарошечного бурения скважин, бесстружковой обработки, штамповки, высадки, спецназначения.

Советский Союз обладал развитой технологией производства твердых сплавов, занимал второе место в мире по выпуску (после США), качество марок соответствовало мировым стандартам.

В СССР действовало пять крупных специализированных заводов твердых сплавов:

  • 1) Московский комбинат твердых сплавов (МКТС);
  • 2) Кировоградский завод твердых сплавов (под Екатеринбургом);
  • 3) Завод «Победит» (г. Владикавказ);
  • 4) Комбинат тугоплавких и жаропрочных материалов (УзКТЖМ, г. Чирчик, Узбекистан);
  • 5) Днепровский завод твердых сплавов (ДЗТС, г. Светловодск, Украина).

Придя на смену инструментальным и быстрорежущим сталям, твердые сплавы оказывают огромное влияние на развитие всех отраслей промышленности. Нет почти ни одной ведущей отрасли, которая в той или иной мере не применяла спеченные твердые сплавы.

В настоящее время в мире (без Китая) насчитывают более 230 фирм производящих твердые сплавы. Многие имеют дочерние предприятия или владеют заводами по производству твердосплавной продукции, находящихся в других странах. Сведения о наиболее известных фирмах приведены в табл. В1.1.

Таблица В 1.1

Наиболее известные фирмы, выпускающие твердые сплавы

Название, 'торговая марка, страна

Г од начала производства

Объем производства (за 1986— 1990 гг.), т/год

Adamas Carbide Corp. Adamas. США

1943

150

Oy Airam Ab Komela. Korn eta. Финляндия

1947

120

American National Carbide Corp. ANC’. США

1970

Н.д.

Atrax Division, Atrax Newcarb Corp. Atrax. США

1954

225

Boart HWF CmbH. HWF. Германия

1927

120

Boart Intern. Industrial Division. Boart. ЮАР

1948

300

Bohleril GmbH. Bohlerit. Австрия

1932

160

C'arbaloy Sistems Product Operation, Genetal Electric Com. C'arbaloy. США

1928

Н.д.

Fansteel VRAVesson. Fansteel. США

1931

285

General Carbide Corp. General Carbide. США

1969

150

lscar Limited. Израиль

1957

Н.д.

Kennametal Inc. Kennametal. США

1938

1250

Krupp Widia GmbH. Widia. Германия

1926

500

Mitsubishi Metal Corp. Diatilanit. Япония

-

696

Plansee Tizil GmbH. Tizit. Австрия

1931

400

AR Sandvik C'oromant. Sandvik Coromant. Швеция

1942

Н.д.

AB Sandvik Hard Materials. Sandvik. Швеция

1942

Н.д.

Sumitomo Electric Industrie! Ltd. Igetalloy. Япония

1928

400

Teledyne Firth Sterlings. Teledyne. США

1928

Н.д.

Zhuzhou Cemented Carbide Industry Com. Diamond. КНР

1958

1600

Ugicarb Morgon. Франция

1952

Н.д.

Примечание. Н.д. - нет данных.

Отечественному производству твердых сплавов в 2010 г. исполнилось 80 лет. За этот период достигнуты значительные успехи в улучшении технологии и разработке новых технологий и составов твердых сплавов, освоении методов изготовления изделий сложной формы и т.д. В результате исследовательских работ в СССР ассортименг сплавов был пополнен новыми марками Т60К6, В253, ТТ7К12, ТТ10К8А и ТТ10К8Б, ТТ8К6, ТТ20К9, серией сплавов WC-Co с индексами М, ОМ, ХОМ, В, К, КС, С и др. Г.С. Креймером разработаны крупнозернистые сплавы ВК для обработки горных пород и бурения, а В.А. Ивенсеном особо крупнозернистые сплавы ВК для высадочного и штампового инструмента («К», «С», «КС»), технология пластифицированных заготовок для получения изделий сложной формы. Большой вклад в развитие отечественного производства твердых сплавов промышленности внес В.И. Третьяков, под руководством которого возникли усовершенствованные технологии получения полуфабрикатов, вакуумное спекание, безвольфрамовые танталсодержащие сплавы, различный инструмент с покрытием и др.

К сожалению, после распада СССР производство твердых сплавов пришло в упадок. Сохранению производства твердых сплавов в России способствовал известный всему миру специалист в области твердых сплавов кандидат технических наук, доцент Л.И. Клячко. С его именем связано заметное развитие всего отечественного производства твердых сплавов и связи отраслевой науки с производством. Сам бывший производственник, руководитель крупнейшего производственного объединения страны, он прекрасно понимал трудности институтов и заводов, преодолению которых уделял и уделяет большое внимание.

На сегодня в России действуют следующие предприятия, выпускающие твердосплавные изделия разного назначения:

  • 1. АООТ «КЗТС», г. Кировоград (40 км от Екатеринбурга).
  • 2. ОАО «Победит», г. Владикавказ.
  • 3. ООО «ВЕЛИАР», г. Санкт-Петербург.
  • 4. 000 АЛГ Сандвик, Москва.
  • 5. Волгобурмаш, г. Самара.
  • 6. ФГУП ВНИИТС, г. Москва.
  • 7. ООО «Бинур», г. Редкино, Московская область.
  • 8. Завод технической керамики - реорганизован на базе ВНИИТС, поселок Апрелевка, Московская область.
  • 9. ООО «Дальневосточная технология», г. Комсомольск-на-Амуре.
  • 10. ЗАО «Серпуховской инструментальный завод», г. Серпухов, Московская область.
  • 11. ОАО «Гидрометаллург», г. Нальчик.
  • 12. ООО «Оргпринтвердосплав».
  • 13. Еще десяток малых предприятий в Москве и Московской области типа ООО «ИНМЕТ», г. Ногинск; ООО «МИСоН», г. Москва; ТОО «Тумелон», г. Москва и др.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >