Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України

Викладено наукові дослідження, які склали основу технології виготовлення крупногабаритних твердосплавних виробів, та особливості виготовлення твердосплавних валків для оснащення металургійної промисловості. Изложены научные исследования, на основании которых разработана технология изготовления крупн...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Сверхтвердые материалы
Date:	2010
Main Authors:	Лисовський, А.Ф., Цкітішвілі, Е.О., Кулик, А.І., Курочкін, О.Ф., Лясов, В.Г., Пашинський, В.В., Рябцев, А.Д., Сидоренко, Д.Г., Феофілактов А.В.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2010
Subjects:	Получение, структура, свойства
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63447
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України / А.Ф. Лисовський, Е.О. Цкітішвілі, А.І. Кулик, О.Ф. Курочкін, В.Г. Лясов, В.В. Пашинський, А.Д. Рябцев, Д.Г. Сидоренко, А.В. Феофілактов // Сверхтвердые материалы. — 2010. — № 2. — С. 30-42. — Бібліогр.: 28 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860150600502607872
author	Лисовський, А.Ф. Цкітішвілі, Е.О. Кулик, А.І. Курочкін, О.Ф. Лясов, В.Г. Пашинський, В.В. Рябцев, А.Д. Сидоренко, Д.Г. Феофілактов А.В.
author_facet	Лисовський, А.Ф. Цкітішвілі, Е.О. Кулик, А.І. Курочкін, О.Ф. Лясов, В.Г. Пашинський, В.В. Рябцев, А.Д. Сидоренко, Д.Г. Феофілактов А.В.
citation_txt	Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України / А.Ф. Лисовський, Е.О. Цкітішвілі, А.І. Кулик, О.Ф. Курочкін, В.Г. Лясов, В.В. Пашинський, А.Д. Рябцев, Д.Г. Сидоренко, А.В. Феофілактов // Сверхтвердые материалы. — 2010. — № 2. — С. 30-42. — Бібліогр.: 28 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Сверхтвердые материалы
description	Викладено наукові дослідження, які склали основу технології виготовлення крупногабаритних твердосплавних виробів, та особливості виготовлення твердосплавних валків для оснащення металургійної промисловості. Изложены научные исследования, на основании которых разработана технология изготовления крупногабаритных твердосплавних изделий, а также особенности изготовления твердосплавних валков для оснащения металлургической промышленности. In the article scientific researches on the basis of which the manufacturing techniques large-sized cemented carbide products are developed, and also are stated to feature of manufacturing of cemented carbide rollers for equipment of an iron and steel industry.
first_indexed	2025-12-07T17:51:43Z
format	Article
fulltext	www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 30 УДК 669.018.25 А. Ф. Лисовський (м. Київ) Е. О. Цкітішвілі (м. Макіївка) А. І. Кулик (м. Світловодськ) О. Ф. Курочкін, В. Г. Лясов (м. Кривий Ріг) В. В. Пашинський, А. Д. Рябцев, Д. Г. Сидоренко, А. В Феофілактов (м. Донецьк) Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України∗ Викладено наукові дослідження, які склали основу технології ви- готовлення крупногабаритних твердосплавних виробів, та особливості виготов- лення твердосплавних валків для оснащення металургійної промисловості. Ключові слова: спечені тверді сплави, крупногабаритні вироби, технологія, валки. ВСТУП Розробка високих технологій, науковоємної продукції, про- мислове освоєння її випуску, вихід на світові ринки є важливою задачею, яку поставили Уряд і Національна академія наук України перед науковими організаціями та промисловими підприємствами. Для вирішення цієї задачі були об’єднані зусилля наступних наукових і виробничих організацій — Інституту надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, Донецького національного технічного університету, Науково-виробничого товариства “Донікс”, Державного підприємства “Інженерний центр твердих сплавів “Світкермет”, ВАТ “Арселор Міттал Кривий Ріг” і ЗАТ “Макіївський металургійний завод”. Об’єктом для реалізації цієї програми були вибрані крупногабаритні твердосплавні валки для оснащення металургійної промисловості України. Для досягнення поставленої мети була розроблена стратегія спільних дій, яка включала розробку наукових засад створення та експлуатації крупногабарит- них твердосплавних виробів; розробку передової технології виготовлення крупногабаритних твердосплавних виробів, яка забезпечує світовий рівень їх якості; розробку унікального устаткування, що забезпечує високу точність контролю технологічних параметрів виготовлення виробів та є придатним для масового виробництва крупногабаритних виробів; створення в Україні високоефективного виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів, впровадження їх у виробництво з урахуванням умов експлуатації. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ У період освоєння виробництва крупногабаритних твердосплавних виро- бів виникла проблема боротьби з залишковою пористістю після завершально- ∗ Робота висунута на здобуття Державної премії України в галузі науки і техніки. © А. Ф. ЛИСОВСЬКИЙ, Е. О. ЦКІТІШВІЛІ, А. І. КУЛИК, О. Ф. КУРОЧКІН, В. Г. ЛЯСОВ, В. В. ПАШИНСЬКИЙ, А. Д. РЯБЦЕВ, Д. Г. СИДОРЕНКО, А. В ФЕОФІЛАКТОВ, 2010 ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 2 31 го спікання твердих сплавів. Без ліквідації пор не уявлялось мож- ливим отримати високоякісні вироби. Це в першу чергу пояснюється тим, що пори є цен- трами зародження тріщин при втомі, які при циклічних наванта- женнях швидко ростуть і ведуть до катастрофічного руйнування твердосплавного виробу. Спеціальними дослідженнями було встановлено, що в період рідкофазного спікання в об’ємі спечених твердосплавних виробів утворюються стійкі пори [1]. На рис. 1 показано мікроструктуру такого сплаву, де чітко видно пори, що за- повнилися рідиною, та пори, що не заповнились, незважаючи на те, що кут змочування карбіду вольфраму дорівнював нулю. Стало зрозуміло, що на рідину в ізольованій порі діє дві сили. Одна з них викликана капілярним тиском, під дією якого рідина заповнює пору, друга є невідомою, яка діє в об’ємі спеченого сплаву і протидіє капілярній силі. Зав- дання полягало в тому, щоб визничити всі сили, які діють на рідину в порі. Для вирішення цього були проведені теоретичні та експериментальні дослідження взаємодії металічних розплавів зі спеченим твердим сплавом і встановлено, що в об’ємі твердосплавного виробу вище температури плав- лення зв’язки існує тиск міграції Π. Він має фізичне трактування як тиск всмоктування, що діє на металічний розплав. Тиск П описується наступним виразом [2]: ( )р-тт-т 2 3 П γ−γ= k d K 3 1 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − u u , (1) де γ — поверхневий натяг; k — коефіцієнт, що враховує співвідношення площ поверхонь тверде тіло—рідина та тверде тіло—тверде тіло; d — розмір часточок; u — об’ємна доля рідкої фази в сплаві; коефіцієнт K, що враховує форму твердих часточок та форму комірок, які вони утворюють; індекси т–р, т–т — вказують, що позначені ними величини відносяться відповідно до міжфазних поверхонь тверде тіло—рідина та тверде тіло— тверде тіло. Саме тиск міграції П протидіє капілярному тиску при заповненні пори рідиною. Таким чином, на рідину в порі діє капілярний тиск Рк, під дією якого рі- дина надходить в пору, та тиск П, під дією якого рідина мігрує з пори в об’єм твердосплавного тіла. За умови Рк > П рідина заповнює пору, якщо Рк < П — рідина не заповнює пору [3]. Виходячи з рівності Рк = П, можна визначити критичний радіус пори rкр. Приймаючи до уваги, що Рк = kп θ γ cosг-р r (де kп — геометричний коефіцієнт пори; γр-г — поверхневий натяг рідина—газ; θ — кут змочування) та вираз (1), отримуєм ( )р-тт-т 2 3 γ−γ k d K 3 1 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − u u = kп θ γ cosг-р r . Рис. 1. Мікроструктура спеченого твердого сплаву WC—6Ni, ×100. www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 32 З цього виразу маємо rкр = d K kп3 3 1 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − u u ( )p-тт-т г-р 2 cos γ−γ θγ k . (2) Всі пори, розмір яких r < rкр, заповнюються рідиною, а пори, розмір яких r > rкр, є стійкими і не заповнюються рідиною. Вираз (2) був отриманий також в результаті термодинамічного дослі- дження поведінки рідини в ізольованій порі та підтверджений експеримен- тальними дослідженнями [3]. В табл. 1 приведені величини rкр для спечених твердих сплавів WC—Co i WC—Ni різного складу. Таблиця 1. Критичний розмір пор (dкр = 2rкр) для твердих сплавів WC—Co і WC—Ni Склад, % (за масою) Сплав Co* Ni* Вміст рідкої фази, % (за об’ємом) Питома поверхня WC, мкм2/мкм3 Критичний розмір пор dкр, мкм WC—4Co 3,85 — 9,1 2,9 5 WC—6CoM 5,90 — 13,8 3,6 5 WC—6Co 5,90 — 13,8 3,0 6 WC—6CoB 5,90 — 13,8 2,0 10 WC—8Co 7,60 — 17,5 3,2 8 WC—10Co 9,65 — 21,8 2,9 9 WC—15Co 14,30 — 31,1 2,6 14 WC—20Co 20,10 — 41,9 2,9 18 WC—4Ni — 4,01 9,6 3,6 4 WC—6Ni — 6,0 13,9 3,6 6 WC—10Ni — 9,98 22,5 3,6 12 WC—15Ni — 13,8 30,8 3,6 16 WC—20Ni — 20,12 41,7 3,6 20 * Решта — карбід вольфраму. Результати проведених досліджень показали, що безпористі твердосплавні вироби можна отримати тільки застосувавши зовнішній тиск, величина якого повинна бути не меншою за тиск міграції П, при цьому в порі не повинно бути газоподібної фази. Наступним кроком на шляху створення високоякісних крупногабаритних твердосплавних виробів була розробка концепції формування структури спе- чених твердих сплавів, які працюють у важких умовах при динамічних на- вантаженнях. [4]. Твердосплавний виріб у період роботи активно взаємодіє з оточуючим се- редовищем, в його об’ємі періодично виникають поля напружень та темпера- тури, має місце пружна і пластична деформація. Це означає, що такий виріб є відкритою системою, яка поглинає з оточуючого середовища енергію та накопичує її в об’ємі. У результаті цього процесу в об’ємі твердосплавного виробу виникають різні дефекти — дислокації, пори, дисклінації, поверхні ковзання, мікротріщини. Накопичуючись, ці дефекти досягають стадії організації в об’ємні структури. В об’ємі виробу формується структура дефектів. Вона викликає деградацію вихідної структури твердого сплаву, яку ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 2 33 він отримав після рідкофазного спікання. У кінцевому результаті це веде до повного руйнування твердосплавного виробу. Розглядаючи твердосплавний виріб як відкриту систему, слід відзначити, що організація дефектів в просторові структури проходить через стан біфуркацій в системі. Перша точка біфуркації відповідає початку руху мікротріщин, друга — визначає момент переходу тріщини в режим автомодельного росту і третя — початок нестабільного росту тріщини, який веде до катастрофічного руйнування виробу. На кінетичних діаграмах тріщиностійкості при втомі початок руху мікротріщини та її перехід в режим автомодельного росту визначається порого- вим коефіцієнтом інтенсивності напружень Kth, а перехід системи в режим неста- більного руйнування — критичним коефіцієнтом інтенсивності напружень Kfc. Ці точки визначають певні стадії дисипації енергії твердосплавним виробом та організації дефектів у просторові структури. Аналіз роботи крупногабаритних твердосплавних виробів, зокрема валків, показав, що в подальшому має місце організація дефектів у сітку макротріщин. Таким чином, в певному об’ємі твер- досплавного виробу на субмікро-, мікро- та макрорівні формується нова просто- рова структура дефектів, яка веде до деградації вихідної структури твердого сплаву та руйнування виробу. Щоб забезпечити високий ресурс роботи крупно- габаритних твердосплавних виробів, необхідно на кожному рівні формувати такі структури твердого сплаву, які б успішно протистояли розвитку та організації дефектів. На субмікрорівні одним з напрямків формування структури твердих сплавів є збереження кубічної модифікації кобальтової зв’язки. Під дією на- пружень в кобальтовій зв’язці проходить поліморфне перетворення кубічної ґратки в гексагональну, при цьому твердий сплав втрачає властивість релак- сувати виникаючі напруження, що веде до появи мікротріщин. Це пояснюється тим, що кубічна ґратка кобальту має чотири поверхні легкого ковзання в системі <110> {111}, а гексагональна тільки одну. Слід прийняти до уваги те, що прошарки кобальтової зв’язки знаходяться в об’ємі, який затиснутий часточками карбіду вольфраму, а тому ця єдина поверхня легкого ковзання в кобальті є здебільшого заблокованою. Щоб вирішити проблему формування необхідної структури на субмікрорівні, необхідно розкрити при- чини поліморфного перетворення кобальту та навчитися цілеспрямовано керувати цим процесом. З цією метою було вивчено вплив легуючих елементів Ti, Zr, Ta, Nb, Cr, Ni, Re, Si на поліморфне перетворення кобальто- вої фази, структуру та фізико-механічні властивості спечених твердих сплавів [5—9]. Дослідженнями встановили, що в спечених твердих сплавах після охолодження кобальтова фаза має кубічну ґратку при малому значенні енергії дефекту упаковки, який дорівнює 0,017 Дж/м2. Ця ґратка є нестійкою, а тому під дією зовнішнього тиску вона перетворюється в гексагональну [7]. Легуючі елементи реній та кремній суттєво впливають на величину енергії дефекту упаковки, що веде до глибокого перетворення кубічної модифікації кобальту в гексагональну [5, 6]. Титан, тантал та ніобій не впливають на полі- морфне перетворення кобальтової фази, а нікель стабілізує її кубічну модифікацію [7, 8]. Приймаючи до уваги те, що мікротріщини зароджуються на міжфазних поверхнях, важливе значення має зміцнення цих поверхонь. Кремній є поверхнево-активним елементом в системі WC—Co. При цьому він зміцнює міжфазні границі і гальмує розвиток мікротріщин, особливо ефективною є комбінована дія кремнію та нікелю. Цей висновок підтверджується дослідженнями тріщиностійкості при втомі спечених твер- дих сплавів, легованих вищезазначеними елементами [8—11]. www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 34 Мікроструктура спечених твердих сплавів визначається розміром карбі- дних часточок dWC, товщиною прошарків зв’язки LCo, питомою контактною WC/WC VS та міжфазною WC/Cо VS поверхнями, суміжністю СWC. При формуванні структури твердих сплавів на мікрорівні основним завданням є збільшення величин Kth та Kfc. Це може бути досягнуто шляхом зміни основних параметрів мікроструктури (dWC, LCo, WC/WC VS , WC/Cо VS , СWC). Основним зав- данням при формуванні структури спечених твердих сплавів на мікрорівні є гальмування розвитку мікротріщин. Повну інформацію про швидкість поши- рення мікротріщин дає тріщиностійкість при втомі. У табл. 2—4 та на рис. 2 показані склад, структура та кінетична діаграма тріщиностійкості при втомі зразків зі сплаву WC—6Co (ВК6). З наведених даних [10, 11] випливає, що збільшення товщини прошарків кобальтової фази та легування нікелем і кремнієм зменшує швидкість розвитку мікротріщін у 30 разів. Таблиця 2. Структура твердих сплавів Сплав SV WC, мм2/мм3 SV WC/Co, мм2/мм3 dWC, мкм LCo, мкм ВК6 3030 970 1,9 0,41 ВК6С 3000 960 1,9 0,42 ВК6КС 2060 660 3,1 0,61 ВК6КС—Ni 2040 660 3,1 0,61 ВК6КС—(Ni, Si) 2090 670 3,0 0,60 Таблиця 3. Склад і властивості Co-фази Склад Co-фази∗, % (за масою) Властивості Co-фази Сплав W Co Ni Si Hμ, ГПa E, ГПa ВК6 10,4 89,6 — — 5,8 264 ВК6С 10,5 89,5 — — 5,8 262 ВК6КС 10,5 89,5 — — 5,8 265 ВК6КС—Ni 10,2 70,8 19,0 — 3,9 260 ВК6КС—(Ni, Si) 8,0 72,2 18,5 1,3 3,9 260 ∗ Без урахування розчиненого вуглецю. Таблиця 4. Властивості твердих сплавів WC—Co* Сплав Hc, кA/м HV, ГПа KIc, МПа⋅м0,5 Rbm, ГПа Rcm, ГПа Wзаг, МДж/м3 λ Kth, МПа⋅м0,5 Kfc, МПа⋅м0,5 ВК6 14,2 15,0 13 1,8 5,0 69 1,0 6,9 10,6 ВК6С 14,2 15,0 14 1,8 5,0 78 1,3 7,3 11,0 ВК6КС 8,1 14,1 15 2,1 4,2 121 2,6 8,1 11,8 ВК6КС—Ni 8,2 14,0 16 2,1 4,2 130 3,0 8,8 12,3 ВК6КС—(Ni, Si) 8,2 14,1 16 2,1 4,2 135 3,2 9,1 12,6 * Hc — коерцитивна сила; HV — твердість; KIc — тріщиностійкість; Rbm — границя міцності при згині; Rcm — границя міцності при стиску; Wзаг — загальна робота руйнуван- ня; λ — коефіцієнт енергопоглинання матеріалу. ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 2 35 lgV, м/цикл –6,5 1 –7,0 2 –7,5 3 5 –8,0 4 –8,5 7 8 9 10 11 12 K Ic , МПа⋅м0,5 Рис. 2. Кінетичні діаграми тріщиностійкості при втомі твердих сплавів ВК6 (1), ВК6С (2), ВК6КС (3), ВК6КС—Ni (4), ВК6КС—Ni, Si (5). Таким чином, легування сплавів WC—Co нікелем та кремнієм дозволяє гальмувати розвиток мікротріщин на субмікро- та мікрорівні і відповідно суттєво підвищити ресурс роботи крупногабаритних виробів. У Донецькому національному технічному університеті В. В. Пашинським проведений цикл досліджень з виявлення структурних факторів, що визнача- ють робочі характеристики твердих сплавів для виробництва прокатних валків та розвитку методів їх підвищення [12—16]. На першому етапі дослідженно структурні особливості процесу пошкодження поверхні калібрів прокатних валків при експлуатації. Показано, що пошкодження поверхні калібрів валків з твердих сплавів визначається протіканням двох конкурент- них процесів: утворення зародків зносу і зростання крихких тріщин. У матеріалах з карбідними часточками розміром більше 4—5 мкм розвиток сітки розпалу відбувається шляхом виникнення осередків руйнування з по- дальшим зростанням цих ділянок. Крихкі тріщини ростуть у цьому випадку між зародками, об’єднуючись в замкнену сітку розпалу. У сплавах із зерном менше 1—2 мкм ділянки первинного пошкодження індукують зростання тріщин за механізмом крихкого руйнування (див. рис. 3). Ширина тріщини швидко стає значно більше типового розміру часточок карбіду і ділянок зв’язки і вони не можуть грати роль ефективного гальма тріщини. Праце- здатність матеріалу визначається в цьому випадку його опором розповсюд- женню крихкої тріщини, а тому оптимальне співвідношення між карбідною і зв’язуючою фазами для певних умов експлуатації залежатиме від розміру карбідної фази. На підставі кількісної оцінки теплової і механічної дії на поверхню калі- бру в процесі прокатки запропоновано показник Kенерг, який обчислюється на основі фізичних характеристик процесу деформації, таких як температура, величина обтискання, механічна потужність та ін., що дозволяє точніше оцінити умови роботи валків [17]: q NK =енерг , www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 36 де q — теплова потужність; N — механічна потужність (які передаються че- рез одиницю контактної поверхні). Величину Kенерг використовують для обґрунтованого вибору матеріалу валків. а б в г Рис. 3. Характер зношування поверхонь калібрів валків, виготовлених за різними технологіями зі сплаву з 15 % (за масою) зв’язки: а — гаряче ізостатичне пресування (ГІП); б — вакуумне спікання (ВС); в — гаряче вакуумне пресування (ГВП); г — кероване гаряче вакуумне пресування (ГВПкер). Встановлено, що в структурі твердих сплавів, отриманих методом ГВП, формується ієрархічна неоднорідність, яка може бути описана методами фрактальної геометрії [18]. Мінімальними елементами фрактала є конгломе- рати карбідних часточок, що послідовно об’єднуються в групи вищих порядків. Розмірність такого фрактала є дробною і змінюється в інтервалі від 1,3 до 2. Завдяки явищу самоподібності про ступінь розвитку фрактальної структури можна судити на підставі оцінки кількісних характеристик конгломератів. При оптимізації технології виробництва і при оцінці якості твердих сплавів разом з характеристиками, передбаченими ГОСТ 9391—86, необхідно оцінювати ступінь розвитку фрактальної структури, ступінь перекристалізації і ступінь суміжності карбідних часточок. Вплив параметрів структури на міцність сплаву ілюструється рис. 4 і 5. На підставі аналізу взаємозв'язку структури і властивостей сплавів були сформульовані вимоги до оптимальної структури твердого сплаву. ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 2 37 Встановлено, що неоднорідність структури формується ще на етапі розмелу компонентів суміші. Проведені дослідження показали, що гранулометричний склад суміші при постійних характеристиках млина (діаметр тіл, що мелють, і співвідношення мас шихти і тіл, що мелють) визначається такими пара- метрами, як тривалість попереднього розмелу зв’язки, тривалість сумісного розмелу зв’язки з карбідною фазою, а також тонкою кристалічною будовою часточок карбідної фази. При цьому в суміші формуються скупчення карбідних часточок з характеристичним розміром, схожим на розмір неоднорідностей (конгломератів) першого рівня, що виявляються в твердому сплаві після спікання (рис. 6). 2000 2200 2400 2600 Суміжність R bm , МРа 0,15 0,20 0,25 0,30 а 20 25 30 35 40 45 2000 2200 2400 2600 Ступінь перекристалізації, % R bm , МРа б Рис. 5. Залежність тимчасового опору згину Rbm сплаву ВК20 від структурних характери- стик (а — ступінь cуміжності, б — ступінь перекристалізації). Вищезазначені наукові розробки склали основу технології виготовлення крупногабаритних твердосплавних прокатних валків, яка була розроблена НВТ “Донікс” у співробітництві з ДонНТУ та Державним підприємством “Інженерний центр твердих сплавів “Світкермет” [19—26]. При організації виробництва в умовах НВТ “Донікс” з урахуванням високої капіталоємності технології ГІП за основу була взята технологія ГВП і був проведений ком- плекс науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт з її адаптації до вимог виробництва твердосплавних валків. Для подолання недоліків процесу ГВП були проведені дослідження, які дозволили виявити причини зниженої працездатності валків, що виготовля- ються цим методом. У результаті комплексу експериментальних і теоретич- них досліджень розроблена концепція процесу керованого гарячого вакуум- ного пресування (ГВПкер). Основна ідея його полягає в немонотонній незалежній зміні в часі основних параметрів процесу — температури і тиску, що дозволяє впливати на протікання процесів структурних перетворень у сплаві в ході пресування і отримувати різні структурні характеристики спла- 12 16 20 24 28 1800 2000 2200 2400 2600 R bm , МРа Частка конгломератів, % Рис. 4. Залежність тимчасового опору згину Rbm від частки конгломератів в структурі сплаву ВК20. www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 38 ву залежно від вимог, що пред’являються до нього. На підставі теоретичного аналізу визначені принципи комбінування впливу тиску і температури і ек- спериментально відпрацьовані конкретні режими ГВПкер кожного складу сплавів. Дослідженнями встановлено, що кінетика усадки твердих сплавів при ГВП описується рівнянням типу ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −−− = d cX Y exp1 1 , де Y — лінійна величина усадки; X — тривалість усадки; c, d — емпіричні константи. Початковий розмір часточок 10 мкм Початковий розмір часточок 12 мкм Склад суміші, % (за масою) 80 % WC + 10 % Ni + 10 % Co 84 % WC + 8 % Ni + 8 % Co Режим відбитих електронів Характеристичне випромінювання W Рис. 6. Розподіл часточок WC в порошкових сумішах твердих сплавів після розмелу, ×5000. Отримані в роботі кількісні дані були використані для корекції режимів пресування твердих сплавів при ГВП. Це дозволило розробити нову технологію ГВПкер твердих сплавів, яка забезпечує високу якість крупнога- баритних твердосплавних виробів. Технологія ГВПкер дозволяє отримувати вироби масою до 150 кг, діаметром до 400 мм і заввишки до 200 мм, що повністю відповідає вимогам до крупногабаритних валків, які використову- ються в клітях блокової конструкції та чистових клітях дрібносортових про- катних станів. Авторським колективом розроблена конструкція установки гарячого вакуумного пресування, особливостями якої є можливість автоматизованої зміни за заданою програмою температур процесу в інтервалі 100—1500 °С з точністю ±3 °С при підтримці вакууму в робочій камері не менше 10–3 мм рт. ст. Точність реєстрації лінійного переміщення пуансона преса складає ±0,005 мм. Це дозволяє керувати процесом на основі контролю кінетики усадки твердого сплаву при пресуванні. Для забезпечення високої якості продукції і зменшення відбракування напівфабрикатів у процесі виробництва було виконано цикл теоретичних і експериментальних досліджень, що дозволили обґрунтувати можливість опе- ративного визначення характеристик макро- і мікроструктури сплаву на основі результатів оцінки параметрів розповсюдження пружних ультразвуко- вих коливань (УЗК) в матеріалі [27, 28]. Вперше було розроблено і викори- стано у виробництві методики оцінки пористості сплаву на основі визначення відносної амплітуди фону розсіяння коливань, методики оцінки мікрострук- турних параметрів на основі вимірювання швидкості розповсюдження УЗК і спектрального складу сигналу акустичної емісії. Показано, що інтегральною ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 2 39 характеристикою якості матеріалу при постійному хімічному складі може служити коефіцієнт загасання УЗК. На основі запропонованих методик роз- роблено процедури статистичного контролю стабільності технологічного процесу, що дозволяють виявляти небажані відхилення до того, як вони при- зводять до появи браку. На рис. 7 наведено приклад карти статистичного контролю стабільності процесу виробництва за результатами визначення параметрів розповсюдження ультразвукових коливань. 6440 6460 6480 6500 6520 6540 6560 6580 0 10 20 30 40 50 60 70 Порядковий номер виробу в партії Ш ви дк іс ть У З к ол и ва н ь, м /с а 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 0 10 20 30 40 50 60 70 Порядковий номер виробу в партії А м п ли ту да ф он у, б ал б Рис. 7. Карти статистичного контролю стабільності процесу по швидкості розповсюджен- ня УЗК (а) та по відносній амплітуді фону розсіювання УЗК (б). Результати досліджень дозволили виявити основні технологічні парамет- ри, що впливають на отримання необхідної структури і властивостей, і при- скорити процес знаходження оптимальних значень параметрів за рахунок використання методик активного експерименту і математичної обробки результатів. В цілому розроблена система управління якістю дозволила сертифікувати продукцію відповідно до вимог стандарту ISO 9001—2000. У табл. 5 наведено показники стабільності характеристик твердосплавних валків, які забезпечуються розробленою технологією. Таблиця 5. Характеристики твердосплавних валків, вироблених за технологією ГВПкер Характеристика Номінальне значення Спостережуване відхилення (у 95 % випадків) Міцність на згин, МПа 2850 ±100 Твердість, HRA 86 ±1 Густина, г/см3 14,05 ±0,05 Швидкість розповсюдження ультразвукових хвиль, м/с 6730 ±20 www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 40 Для постійного підвищення якості продукції у співробітництві з ВАТ “Ар- селор Міттал Кривий Ріг” і ЗАТ “Макіївський металургійний завод” розроб- лено систему моніторингу ефективності використання валків на підставі фіксації, накопичення і аналізу даних про напрацювання на калібр за кожну установку і показники зносу калібру, що визначають при його перешліфовуванні. На рис. 8 показано схему фіксації параметрів зношування калібру в процесі експлуатації. H 1 —зношування калібру в процесі експлуатації H 2 —видалення матеріалу для усунення сітки розпалу Профіль калибру до установки Профіль калибру після експлуатації Профіль калибру після перешліфовки Рис. 8. Схема фіксації параметрів зношування калібру в процесі експлуатації. Важливе значення для ефективного використання мав проведений під- приємствами ВАТ “Арселор Міттал Кривий Ріг” і ЗАТ “Макіївський металургійний завод” комплекс робіт по забезпеченню раціонального режиму охолодження валків. У результаті напрацювання на калібр було підвищене на 11—25 % в порівнянні з кращими імпортними аналогами, що експлуатували- ся в тих же клітях, і зменшена величина шару матеріалу, що видаляється при перешліфовці. З використанням отриманих результатів з 2002 р. було почато промислове виробництво валків за новою технологією і їх постачання на металургійні підприємства України. Комплекс науково-дослідних, експериментально- конструкторських та організаційних робіт дозволив по критерію якість/вартість отримати твердосплавні валки вище кращих світових зразків. Організація власного виробництва твердосплавних валків в Україні дозволи- ла не тільки позбавитися від імпортної залежності, але і накопичити досвід виробництва високоефективних валків та вийти на міжнародний ринок такої продукції, почавши експортні постачання в Російську Федерацію, Білорусь, Молдову, Болгарію, Індію. У даний час освоєно виробництво 18 марок твер- дих сплавів, серійно випускаються валки і бандажні кільця восьми типорозмірів. Загальний об’єм виробництва твердосплавних прокатних валків за період із січня 1996 р. по грудень 2009 р. склав 210000 кг. ВИСНОВОК Виконаний комплекс науково-дослідних, експериментально-конструк- торських та організаційних робіт дозволив створити високоефективне проми- слове виробництво крупногабаритних твердосплавних виробів, забезпечити ними металургійну промисловість України та вийти на світові ринки збуту таких виробів. ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2010, № 2 41 Изложены научные исследования, на основании которых разработана технология изготовления крупногабаритных твердосплавних изделий, а также особенно- сти изготовления твердосплавних валков для оснащения металлургической промышленно- сти. Ключевые слова: спеченные твердые сплавы, крупногабаритные изде- лия, технология, валки. In the article scientific researches on the basis of which the manufacturing techniques large-sized cemented carbide products are developed, and also are stated to feature of manufacturing of cemented carbide rollers for equipment of an iron and steel industry. Key words: sintered hard alloys, large-dimensioned products, technology, rollers. 1. Лисовский А. Ф. Формирование структуры композиционных материалов при обработке металлическими расплавами. — Київ: Наук. думка, 2008. — 198 с. 2. Lisovsky A. F. The migration of metal melts in sintered composite materials // Int. J. Heat Mass Transfer. — 1990. — 33, N 8. — P. 1599—1603. 3. Lisovsky A. F. Termodynamics of isolated pores filling with liquid in sintered composite materials // Met. Mater. Trans. A. — 1994. — 25. — P. 733—740. 4. Lisovsky A. F. The concept of the structure formation in cemented carbides designed to oper- ate under extreme conditions at dynamic loading // Proc. Second Int. Conf. ”Materials and Coatings for Extreme Performances: Investigations, Applications, Ecologically Safe Tech- nologies for their Production and Utilization”, Katsiveli-Ponizovka, Crimea, Ukraine, 16—20 Sept., 2002. — Р. 269—270. 5. Lisovsky A. F., Tkachenko N. V., Kebko V. Structure of a binding phase in re-alloyed WC— Co cemented carbides // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. — 1991. — 10. — P. 33—36. 6. Lisovsky A. F., Tkachenko N. V. Composition and structure of cemented carbides produced by MMT-process // Powder Metall. Int. — 1991. — 23, N 3. — P. 157—161. 7. Lisovsky A. F. Physico-сhemical bases of forming nanostructures in the binding phase of cemented carbides // Proc. Powder Metall. World Congress and Exhibition, Granada, Spain, 18—22 Oct., 1998. — London: EPMA, 1998. — Vol. 4. Hard Materials. — Р. 115—118. 8. Lisovsky A. F., Tkachenko N. V. On the use of the mmi-phenomenon for the formation of nanostructures in WC—Co cemented carbides // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. — 1997. — 15, N 4. — P. 227—235. 9. Lisovsky A. F. Properties of cemented carbides alloyed by metal melt treatment // Proc. 15th Int. Plansee Seminar / Eds. G. Kneringer, P. Rodhammer, H. Wildner. — Reutte: Plansee Holding AG, 2001. — Vol. 2. Hard Materials. — P. 168—179. 10. Лисовский А. Ф. Спеченные твердые сплавы: самоорганизация дефектов и концепция формирования структуры // Сверхтв. материалы. — 2001. — № 6. — С. 48—53. 11. F. Lisovsky. Some speculations on an increase of WC—Co cemented carbide service life under dynamic loads // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. — 2003. — 21, N 1—2. — Р. 63— 67. 12. Пашинский В. В. Гетерогенность структуры и диссипация энергии в металлических материалах. — Донецк: ВИК, 2008. — 285 с. 13. Пашинский В. В. Взаимосвязь структуры и свойств материалов для твердосплавных прокатных валков дискового типа // Металл и литье Украины. — 2002. — № 12. — С. 33—36. 14. Пілюшенко В. Л., Пашинський В. В. Прояв ефектів спадковості в карбідній фазі спече- них твердих сплавів // Металознавство та обробка металів. — 2008. — № 4. — С. 22— 25. 15. Пашинский В. В., Горбатенко В. В., Горбатенко В. П., Сидоренко Д. Г. Влияние ра- змера карбидных частиц и доли связующей составляющей на механические свойства твердых сплавов на основе карбида вольфрама для прокатных валков // Труды Донецкого государственного ун-та. Металлургия. — Донецк: ДонНТУ, 2006. — Вып. 102. — С. 162—168. 16. Пашинський В. В., Сидоренко Д. Г., Горбатенко В. В. Аналіз основних факторів, що впливають на стійкість прокатних, валків чистової та другої проміжної групи клітей www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 42 високошвидкісних дротових станів // Строительство, материаловедение, машиностро- ение: Сб. науч. тр. — Днепропетровск: ПГАСА, 2004. — С. 50—56. 17. Пашинский В. В. Разработка энергетического критерия эксплуатации валков // Ме- талург. — 2008. — № 11. — С. 49—50. 18. Пашинский В. В. Фрактальная природа структурной неоднородности в спеченых твердых сплавах // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — 18, № 2. — С. 91— 96. 19. Маншилин А. Г., Назаренко В. В., Труханов С. В., Пашинский В. В. Отдельные аспекты организации производства твердосплавных прокатных валков дискового типа методом горячего прессования валков // Металл и литье Украины. — 2000. — № 5—6. — С. 38—40. 20. Труханов С. В., Сидоренко Д. Г., Пашинский В. В. Прокатные валки дискового типа для чистовых прокатных блоков проволочных станов. Особенности производства // Там же. — 2001. — № 7—9. — С. 64—67. 21. Маншилин А. Г., Кулик А. И., Пашинский В. В. и др. Разработка и внедрение эффективных технологий производства твердосплавных прокатных валков // Сталь. — 2002. — № 8. — С. 72—74. 22. Маншилин А. Г., Пашинский В. В., Сидоренко Д. Г., Горбатенко В. В. Разработка эф- фективных технологий производства твердосплавных прокатных валков дискового типа и их применение на высокоскоростных проволочных станах // Производство проката. — 2004. — № 2. — С. 30—33. 23. Маншилин А. Г., Кукуй Д. П., Пашинский В. В. и др. Производство твердосплавных прокатных валков дискового типа и факторы, влияющие на их эксплуатационную стойкость // Металл и литье Украины. — 2004. — № 3—4. — С. 17—18. 24. Бабенко М. А., Маншилин А. Г., Пашинский В. В. и др. Анализ опыта эксплуатации и повышение эффективности использования твердосплавных прокатных валков дис- кового типа // Там же. — 2004. — № 8—10. — С. 68—70. 25. Пашинский В. В., Сидоренко Д. Г., Каширин В. В. и др. Производство изделий из твердых сплавов // Там же. — 2006. — № 7—8. — С. 37—41. 26. Маншилин А. Г., Пашинский В. В., Сидоренко Д. Г. и др. Расширение сортамента и повышение эффективности использования твердосплавных прокатных валков // Труды седьмого конгресса прокатчиков. — М.: АО “Черметинформация”, 2007. — Т. 1. — С. 406—411. 27. Пашинский В. В. Методика количественного стереологического анализа взаимного расположения частиц в спеченых материалах // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — 18, № 1. — С. 101—109. 28. Пілюшенко В. Л., Пашинський В. В. Зв’язок структури твердих сплавів з характеристи- ками розповсюдження ультразвукових коливань // Металознавство та обробка металів. — 2008. — № 2. — С. 46—50. Інститут надтвердих матеріалів Надійшла 21.12.09 ім. В. М. Бакуля НАН України ЗАТ “Макіївський металургійний завод” ДП “ІЦТС “Світкермет” ВАТ “Арселор Міттал Кривий Ріг” Донецький національний технічний ун-т НВТ “Донікс”
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63447
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0203-3119
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T17:51:43Z
publishDate	2010
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
record_format	dspace
spelling	Лисовський, А.Ф. Цкітішвілі, Е.О. Кулик, А.І. Курочкін, О.Ф. Лясов, В.Г. Пашинський, В.В. Рябцев, А.Д. Сидоренко, Д.Г. Феофілактов А.В. 2014-06-01T18:13:40Z 2014-06-01T18:13:40Z 2010 Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України / А.Ф. Лисовський, Е.О. Цкітішвілі, А.І. Кулик, О.Ф. Курочкін, В.Г. Лясов, В.В. Пашинський, А.Д. Рябцев, Д.Г. Сидоренко, А.В. Феофілактов // Сверхтвердые материалы. — 2010. — № 2. — С. 30-42. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63447 669.018.25 Викладено наукові дослідження, які склали основу технології виготовлення крупногабаритних твердосплавних виробів, та особливості виготовлення твердосплавних валків для оснащення металургійної промисловості. Изложены научные исследования, на основании которых разработана технология изготовления крупногабаритных твердосплавних изделий, а также особенности изготовления твердосплавних валков для оснащения металлургической промышленности. In the article scientific researches on the basis of which the manufacturing techniques large-sized cemented carbide products are developed, and also are stated to feature of manufacturing of cemented carbide rollers for equipment of an iron and steel industry. uk Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Получение, структура, свойства Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України Article published earlier
spellingShingle	Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України Лисовський, А.Ф. Цкітішвілі, Е.О. Кулик, А.І. Курочкін, О.Ф. Лясов, В.Г. Пашинський, В.В. Рябцев, А.Д. Сидоренко, Д.Г. Феофілактов А.В. Получение, структура, свойства
title	Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України
title_full	Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України
title_fullStr	Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України
title_full_unstemmed	Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України
title_short	Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України
title_sort	технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості україни
topic	Получение, структура, свойства
topic_facet	Получение, структура, свойства
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63447
work_keys_str_mv	AT lisovsʹkiiaf tehnologíâvirobnictvakrupnogabaritnihtverdosplavnihvirobívtaosvoênnâíhpromislovogovirobnictvadlâmetalurgíinoípromislovostíukraíni AT ckítíšvílíeo tehnologíâvirobnictvakrupnogabaritnihtverdosplavnihvirobívtaosvoênnâíhpromislovogovirobnictvadlâmetalurgíinoípromislovostíukraíni AT kulikaí tehnologíâvirobnictvakrupnogabaritnihtverdosplavnihvirobívtaosvoênnâíhpromislovogovirobnictvadlâmetalurgíinoípromislovostíukraíni AT kuročkínof tehnologíâvirobnictvakrupnogabaritnihtverdosplavnihvirobívtaosvoênnâíhpromislovogovirobnictvadlâmetalurgíinoípromislovostíukraíni AT lâsovvg tehnologíâvirobnictvakrupnogabaritnihtverdosplavnihvirobívtaosvoênnâíhpromislovogovirobnictvadlâmetalurgíinoípromislovostíukraíni AT pašinsʹkiivv tehnologíâvirobnictvakrupnogabaritnihtverdosplavnihvirobívtaosvoênnâíhpromislovogovirobnictvadlâmetalurgíinoípromislovostíukraíni AT râbcevad tehnologíâvirobnictvakrupnogabaritnihtverdosplavnihvirobívtaosvoênnâíhpromislovogovirobnictvadlâmetalurgíinoípromislovostíukraíni AT sidorenkodg tehnologíâvirobnictvakrupnogabaritnihtverdosplavnihvirobívtaosvoênnâíhpromislovogovirobnictvadlâmetalurgíinoípromislovostíukraíni AT feofílaktovav tehnologíâvirobnictvakrupnogabaritnihtverdosplavnihvirobívtaosvoênnâíhpromislovogovirobnictvadlâmetalurgíinoípromislovostíukraíni

Технологія виробництва крупногабаритних твердосплавних виробів та освоєння їх промислового виробництва для металургійної промисловості України

Institution

Similar Items