Использование ультрадисперсных порошковых добавок для получения твердосплавных рабочих элементов буровой техники Севера

В настоящее время рабочие элементы из твердых вольфрамокобальтовых сплавов широко применяются в буровой технике. Вместе с тем, свойственные твердым сплавам хрупкость и низкая пластичность часто приводят к недостаточной работоспособности рабочих элементов в условиях интенсивных эксплуатационных нагрузок буровой техники Севера (мерзлый грунт, горные породы и др.). Одним из способов улучшения структуры и свойств твердых сплавов является управление размерами зерна их карбидной фазы путем введения ингибиторов роста из ультрадисперсных порошков. Ультрадисперсные порошковые добавки, введенные в состав вольфрамокобальтовых сплавов, способствуют уменьшению размеров зерен карбида вольфрама в структуре сплава. Это приводит к улучшению физико-механических и эксплуатационных свойств рабочих элементов буровой техники. В статье приведены результаты исследований по использованию ультрадисперсных порошковых добавок шпинели магния MgAl₂O₄ и карбида кремния SiC для улучшения структурного состояния и физико-механических свойств вольфрамокобальтового сплава ВК8. Обоснованы и выбраны технологические операции подготовки порошковых смесей и изготовления буровых пластин с ультрадисперсными добавками. Исследованы физико-механические свойства и структура опытных буровых пластин. Для этого использованы традиционные методы исследований механических свойств в сочетании с металлографическим анализом. Результатами экспериментальных исследований показана перспективность использования ультрадисперсных порошковых добавок шпинели магния MgAl₂O₄ и карбида кремния SiC для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств буровых пластин из вольфрамокобальтового сплава ВК8.

1. Чапорова И. Н., Чернявский К. С. Структура спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия, 1975. 247 с.

2. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия, 1976. 528 с.

3. Савицкий Е. М., Поварова К. Б., Макаров П. В. Металловедение вольфрама. М.: Металлургия, 1978. 223 с.

4. Зеликман А. Н., Никитина Л. С. Вольфрам. М.: Металлургия 1978. 272 с.

5. ГОСТ 4411-79. Изделия твердосплавные для горного инструмента.

6. Корягин Ю.Д., Карева Н.Т., Мурашов В.В. Исследование структуры и свойств твердосплавных вставок породорежущих резцов // Вестник ЮУрГУ. Серия Металлургия. 2015. Т. 15, №3. С. 110–115.

7. Гордеев Ю.И., Абкарян А.К., Бинчуров А.С., Ясинский В.Б., Карпов И.В., Лепешев А.А., Хасанов О.Л., Двилис Э.С. Разработка эффективных путей управления структурой и свойствами твердосплавных композитов, модифицированных наночастицами // Журнал Сибирского федерального университета. Серия Техника и технологии. 2014. Т.7, №3. С. 270–289.

8. Подболотов К.Б., Дятлова Е.М. Синтез керамических шпинельсодержащих композиционных материалов в режиме горения смесей магнезита и алюминия // Огнеупоры и техническая керамика. 2008. №7. С. 16–21.

9. Анциферов В.Н., Гилев В.Г. Получение и свойства композитов карбид кремния – оксидная связка // Перспективные материалы. 2003. №2. С. 43–48.

10. Паранасенков В.П., Чикина А.А., Андреев М.А. Конструкционные материалы на основе самосвязанного карбида кремния // Огнеупоры и техническая керамика. 2006. №7. С. 37–40.

11. Бальшин М.Ю. Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна. М.: Металлургия, 1972. 336 с.

12. Винокуров Г.Г., Васильева М.И., Шарин П.П., Федоров М.В. Упрочнение рабочих элементов твердосплавных буровых инструментов модифицированием ультрадисперсными добавками // Труды ГОСНИТИ. 2013. Т.112, №2. С. 70–74.

13. C. Liu, N. Lin, YH. He, YC. Wang, X. Zhang. Effect of coarse grained WC addition on microstructure and mechanical properties of WC–Co // Mater Sci Eng Powder Metall. 2014. 19 (1). Р. 123. doi: 10.1590/S1516-14392004000300012.

14. Rui-Jun Cao, Chen-Guang Lin, Xing-Cheng Xie, Zhong-Kun Lin. Microstructure and mechanical properties of WC–Co-based cemented carbide with bimodal WC grain size distribution // Rare Metals. 2018. P. 1. https://doi.org/10.1007/s12598-0181025-y.

15. S. Laya, C.H.Alliberta, M.Christensenb, G.Wahnströmc. Morphology of WC grains in WC– Co alloys // Materials Science and Engineering: A. 2008. V. 486, iss. 1–2. Р. 253–261. https://doi. org/10.1016/j.msea.2007.09.019.

16. Wei Su, Yexi Sun, Huifeng Wang, Xianqi Zhang, Jianming Ruan. Preparation and sintering of WC– Co composite powders for coarse grained WC–8Co hardmetals // Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2014. V. 45. Р. 80–85. https://doi. org/10.1016/j.ijrmhm.2014.04.004.