КАРБИДОСТАЛЬ
К производству предлагается композиционный износостойкий материал- карбидосталь, состоящий из стальной связки (матрица) и твердых частиц тугоплавкого карбида титана (TiC). В качестве связки используется порошок быстрорежущей или штамповой стали.
Разработанный композит наследует такие свойства сталей, как возможность механической обработки, а также возможность пластической деформации материала горячей экструзией и прокаткой с получением прутков круглого или квадратного сечения, или полосы толщиной до 1 мм. В отожжённом состоянии (твердость HRС 38-40) из карбидостали возможно изготовить инструмент любой сложной формы, материал сваривается со сталью трением и электросваркой.
После закалки и отпуска карбидосталь приобретает твердость на уровне твердых сплавов HRA 86-89. В то же время карбидосталь превосходит твердые сплавы по прочности на изгиб в 1.5 раза (220-240 кгс/мм2), по ударной вязкости в 2-4 раза (100-140 кДж/м2). При испытаниях в производственных условиях стойкость инструмента из карбидостали превосходит быстрорежущие стали в 2-5 раз, штамповые стали в 3-10 раз. В некоторых применениях, например, резцы угольных комбайнов, бурильные долота для грунта, протяжки, деформирующие прошивки, фрезы при обработке титановых или жаропрочных сплавов, стойкость карбидостали достигает уровня твердых сплавов.
Карбидосталь имеет низкий коэффициент трения, обладает эффектом самосмазываемости, противостоит налипанию, наволакиванию, что имеет решающие значение при обработке цветных металлов, нержавеющих сталей; незначительные изменения размеров изделий при термообработке.
Материал легче твердых сплавов в 2 раза (7.1 г/см3), соответственно при равноценных затратах возможно купить в два раза большее количество инструмента.
Назначение материала
- В инструментальном производстве: концевые, дисковые, зубонарезные фрезы, метчики, зенкера, сверла, протяжки и т.д., инструмент второго порядка и другой сложной формы; высадочные, вытяжные и разделительные штампы холодной и горячей штамповки; накатной инструмент, калибры, опорные пластины, центра и т.п.
- В металлургическом производстве: матрицы и оправки для холодного и горячего деформирования профиля и труб, волоки для волочения и калибровки, прошивные иглы в трубном производстве, прокатные валки мелкосортных станов и станов холодной прокатки, штампы изотермической штамповки и прессования металлических и керамических порошков, литейные формы, дисковые ножи.
- В других областях: вставки для бурового инструмента, резки каменного угля, мелкого грунта, мела, камня и т. п.; инструмент для обработки дерева, древесных плит, резки бумаги, картона, тканей, пластмасс; износостойкие части плугов; вращающиеся торцевые уплотнения, другие износостойкие детали машин, работающих в условиях абразивного износа, запыленных или агрессивных средах, морской воде.
Работы по разработке составов и технологии получения карбидостали выполнялись в Украинском НИИ специальных сталей, сплавов и ферросплавов (УкрНИИспецсталь) 80-90-х годах. Производство материала осуществлялось на опытном участке института в объёме до 1 т в год.
Карбидосталь использовалась для проведения стойкостных испытаний различного инструмента на машиностроительных заводах Союза, в т.ч., на заводах Министерства Среднего Машиностроения, в металлургической, авиационной, автомобильной, горнорудной промышленности, в отраслевых институтах в т.ч. во ВНИИинструмент, г. Москва.
В Украине испытания проводились на ПО «ЮМЗ» г. Днепропетровск; ЗПО «Моторостроитель» и ЗМКБ «Прогресс» г.Запорожье;«ЮТЗ» г. Никополь; БЗПМ г. Бровары; ПО «Донбассантрацит» г. Красный Луч; рессорный завод г. Синельниково; Институт сверх твердых материалов (ИСМ) г. Киев.
Было испытано около 30 видов различного инструмента, в 25 организациях. По результатам испытаний оформлено 20 актов испытаний. Целесообразность производства материала подтверждена заявками на поставку карбидостали, полученных от 40 предприятий Союза, в т.ч. от 7 предприятий в Украине.
На карбидосталь и технологию ее изготовления получено 17 авторских свидетельств. Разработаны и утверждены технические условия на поставку материала ТУ 3-483-87 Минсредмаша.
В настоящие время аналогичные материалы производятся в Германии фирмой DEUTCHE EDELSTAHLWERKE GMBH под торговой маркой Ferro-Titanit. Фирма производит 8 составов, в т.ч. с рабочей температурой инструмента из карбидостали 400-600о С. В Америке концерн PSM Industries Inc, подразделение Ferro-Tic SВС производит материал под торговой маркой Ferro-Tic. В настоящие время выпускается 10 составов, в том числе с рабочей температурой инструмента 980 о С.
Разработанная карбидосталь по своим свойствам превосходит зарубежные аналоги. Прежде всего карбидосталь, в отличие от зарубежных, может работать как острорезвийный режущий инструмент. Ни одна из известных марок не предназначена для режущего инструмента. Кроме того, при равной с зарубежными аналогами твердости (HRA 86-89), деформированная карбидосталь по прочности и ударной вязкости превосходит зарубежные аналоги в 2-4 раза.
В 1994 г. ООО «ИЗПМ» совместно с Днепровским отделением УАННП г. Днепропетровск начал строительство промышленного производства карбидостали в объём 100 т в год. На заводе «Спецжелезобетон» г. Запорожье были арендованы площади, разработаны технологическое задание (ТЛЗ), технико-экономические обоснование (ТЭО), выполнена стадия проекта «Предпроектная проработка». В центре занятости был выдан кредит в сумме 60 млн рублей, для создания 65 рабочих мест. Инфляции 1995 года не позволили реализовать проект.
Производство карбидостали осуществляется методами порошковой металлургии включающие операции измельчения, смешивания, восстановления, прессования, спекания. Изготовление инструмента из карбидостали любой формы осуществляется обычными режущими инструментами при пониженных скоростях резания. Термообработка инструмента производятся в солевых ваннах, вакуумных печах.
Организацию производства предлагается осуществлять в два этапа. На первом этапе ставится задача отработки технологии производства в новых условиях, освоение нового материала в промышленности; формирование портфеля заказов. Часть операций по прессованию планируется производить по кооперации. На этом этапе целесообразно поставлять карбидосталь в виде готового инструмента в закалённом состоянии.
Первоначальные затраты оцениваются примерно 500-750 тыс. долларов, необходимая площадь 750 м2, объём производства 3 т в год. Расчетная стоимость карбидостали составляет 1200 грн. за 1 кг.
На втором этапе предусматривается расширение сортамента заготовок для получения длинномерного, а также крупногабаритного инструмента с увеличением объёма производства до 25-50 т в год.
Стоимость оборудования для крупномасштабного производства оценивается примерно в 5 млн. долларов.
Руководитель работ по карбидостали с 1973 по 1994 годы, ведущий научный сотрудник института УкрНИИспецсталь, инженер-металлург; Директор ООО « ИЗПМ» Бокий Юрий. тел. +38(067)-611-04-60, Viber, WhatsApp Skype: izpm-zp1