Прошло уже около 30 лет с тех пор, как американский инж. Хайнес добился в своей небольшой лаборатории получения сплава, обладающего качествами, необходимыми для электротехнической промышленности: теплопроводностью и электропроводностью. Окончанию его работы предшествовали длительные и напряженные искания. Были исследованы и переплавлены в различных соотношениях многие металлы. Опыты проходили с переменным успехом, и вот в начале 1907 г., когда работа, казалось бы, должна уже подходить к концу, Хайнес неожиданно получил новый вид сплава. Сплав этот совершенно не ковался, не подвергался термообработке и обладал электрической проводимостью в 40 раз меньшей, чем электропроводимость меди. Полученный сплав Хайнес назвал стеллитом, от латинского слова Stella — звезда, так как отполированные образцы сплава приобретают красивый и сильный блеск, напоминающий блеск звезды.
Дальнейшие исследования показали, что стеллит обладает очень большой твердостью, высоким сопротивлением износу и отличается исключительной по тому времени химической стойкостью. Свою твердость и стойкость стеллит сохраняет даже при продолжительном нагреве с температурой в 750— 800°. Именно это свойство и дало основание Хайнесу считать, что полученный им сплав будет очень пригоден для резания металлов Действительно, первые же опыты показали, что применение резцов из стеллита подняло скорость резания металлов почти в 2,5 раза — с 25 метров в минуту при резцах из быстрорежущей стали до 60 метров при резцах из стеллита.
Такие результаты дали новому сплаву широкую известность — весть о его появлении в самое короткое время облетела весь мир.
Но успех оказался несколько преувеличенным. Будучи очень твердым металлом, стеллит вместе с тем отличался большой хрупкостью. При работе на станках, не приспособленных к большим скоростям и дающих при соответствующих усилиях сильные вибрации, резцы из стеллита часто ломались, что весьма удорожало работу. Работать же стеллитовыми резцами на пониженных скоростях было невыгодно из-за их высокой стоимости, доходящей до 20 долларов за килограмм.
 |
| Наварка сплавом стеллит. |
Все же вскоре появился еще целый ряд патентов на сплавы типа стеллит. Эти сплавы — студайт, спартан, акрит — в отличие от быстрорежущей стали содержали очень низкий процент железа и сравнительно много тугоплавких металлов. Кроме того, в состав всех этих сплавов неизменно входил углерод.
*
Углерод, на который изобретатели вначале не обращали внимания, явился одним из важнейших составных элементов стеллита и ему подобных сплавов.
Еще в 1876 г. благодаря опытам Муассона стало известно, что углерод в определенном соединении с вольфрамом, хромом, титаном и другими металлами образует так называемые карбиды, характерные огромной твердостью, высокой температурой плавления и способностью противостоять износу. Это как раз те свойства, в которых нуждаются режущие инструменты. Как оказалось, и стеллит приобрел свои качества режущего сплава благодаря наличию в нем карбидов.
Интересно, что ни сам инж. Хайнес, ни другие патентодержатели о содержании в сплавах углерода ни словом не упоминали; этому элементу не придавалось никакого значения. Полагали, что твердость и режущие способности стеллитов получались благодаря удачному подбору металлов в сплаве.
*
За бурным успехом, сопутствовавшим появлению стеллита, наступило некоторое затишье. Стеллит продолжал упорно пробивать себе дорогу в технику, но уже не в технику резания, а в другие отрасли промышленности. Из него изготовлялись штампы, матрицы, стеллитом наваривались трущиеся части оборудования, укреплялись лемеха плугов, наваривались подковы для лошадей, долота вращательного бурения и даже медицинские инструменты.
Развивалась и улучшалась техника производства стеллитов. Отливки в виде стержней производились уже не в земляных формах, а в металлических изложницах. Сплав получался значительно чище. Появились первые исследовательские работы микрошлифы, рентгенограммы.
Улучшались и методы наварки стеллитов на инструменты. Этому способствовало развитие автогенных методов работы. Как оказалось, стеллиты с успехом можно наваривать посредством электрической вольтовой дуги или с помощью пламени кислородно-ацетиленовой горелки. В первом случае пруток стеллита является электродом и по обычным правилам электросварки присоединяется к отрицательному полюсу электросварочной машины.
*
Вторично о твердых сплавах заговорили в 1927 г., когда на выставке в Лейпциге фирма Крупп выступила с новым материалом для режущих инструментов — металлом видиа. Резцы, укрепленные пластинками из этого металла, обладали исключительными режущими способностями. Твердость их близко подходила к твердости алмаза; температурная стойкость нового материала выражалась в 1000—1050°; скорость резания, допускаемая этими резцами, — 180 метров в минуту. Цифры небывалые, ошеломляющие!
Самое название «видиа» произошло от немецкого выражения «Wie Diamant», что в переводе на русский язык означает «как алмаз».
Резцами видна можно было с успехом обтачивать стекло, фарфор и ряд других материалов, раньше не поддававшихся механической обработке. Успех превзошел все ожидания, и это понятно: исключительные качества видиа, сулившие производству огромные технико-экономические выгоды, обеспечили этому металлу повсеместное распространение. Новым сплавом заинтересовались виднейшие ученые. Его изучением и исследованием занялись крупнейшие лаборатории мира. Возникла новая отрасль техники — техника твердых сплавов.
Попутно вспомнили и о другом сплаве, предложенном Ломаном еще в 1913 г. и получившим название ломанит. По своей твердости и малому износу ломанит превосходил даже видиа, но распространение его тормозилось тем, что хрупкость ломанита больше, чем видиа.
Сплав видиа изготовляется по методу металлокерамики.
Сущность этого метода состоит в том, что мелко раздробленные частицы металла прессуются под большим давлением, а затем в спрессованном виде сильно прогреваются один или два раза. В результате получается монолитный кусок металла. Таким способом изготовляется ряд металлов, в частности вольфрам.
Для получения видиа в форме порошка служат мелкораздробленные карбиды вольфрама. Перед прессовкой этот порошок перемешивается с порошком кобальта, а затем прессуется под давлением в 2500—3000 атмосфер. Кобальт добавляется как цементирующий крепкий и вязкий металл, так как взятые в отдельности карбиды обладают очень большой хрупкостью. Спекание происходит при температуре в 1400° в печах с восстановительной атмосферой (в водороде).
*
Отличительным свойством твердых сплавов вообще и сплава видиа в частности является их неспособность подвергаться термообработке, ковке и изменению формы. Поэтому пластинкам видиа необходимо заранее придавать ту форму, которую они должны иметь при работе на резцах. Это производится перед спеканием.
Для изготовления сплава ломанита вместо спекания, т. е. вместо прокаливания спрессованных частиц, применяется способ электроплавки под большим давлением. Для этого во вращающуюся печь, в небольших угольных формочках, загружается порошок карбида вольфрама, перемешанный с каким-нибудь присадочным металлом, например молибденом. Процесс изготовления сплава длится несколько минут, причем давление во время отливки достигает очень больших величин. И все же ломанит получается хрупким, в отличие от видиа, не имеет правильной геометрической формы и поэтому для резания металлов непригоден. Но в горно-рудничном деле высокие твердости ломанита, а вслед за ним американского бориума обеспечили этой категории сплавов значительный успех.
Вслед за видиа и ломанитом появился еще целый ряд твердых сплавов, носящих общее название кусковых сплавов.
*
Несколько особняком стоит сплав блекор, выпущенный в Америке. Этот сплав представляет собой механическую смесь порошка металлического вольфрама и углерода. Наваривается он на изделие с помощью электрической вольтовой дуги. Дугу эту при наварке можно рассматривать как электрическую печь, в которой при огромной температуре, доходящей до 3500", из вольфрама и углерода образуются карбиды. Этот сплав пригоден для укрепления тех деталей, которые имеют фигурную форму и для которых приготовить специальные пластинки спрессованного видиа очень трудно. Сплавом блекор, носящим название зернистого сплава, можно, например, укреплять шейки валов, лопасти гребного винта, детали нефтяного оборудовался и т. п. Этот сплав благодаря большому удобству применения завоевал обширное поле действия.
Таким образом твердые сплавы можно свести к трем основным категориям: стержневые, например стеллиты; кусковые, среди которых надо в свою очередь различать спеченные — образец видиа и литые — ломанит, и, наконец, зернистые, к которым относится американский блекор.
 |
| Наварка зубьев вращающейся пилы стержневым сплавом |
*
В Советском Союзе твердые сплавы появились в 1928 г. и сразу же получили промышленное применение, сначала в нефтяной промышленности. Ими наваривались долота вращательного бурения. По уже с 1929 г. запросы на твердые сплавы бурно возросли. В ответ на это наша промышленность с исключительно широким размахом приступила к собственному производству твердых сплавов. '
«Догнать», «сталинит», «пышка» — в Баку, «вокар», «релит» — в Москве, «сормайт» — на заводе «Красное Сормово», «победит» — на Электрозаводе, «смена» — в Институте металлов — таков обширный перечень твердых сплавов, полученных в нашей стране. И все это за короткий период в два-три года!
 |
| Диаграмма сравнительного износа стали и победита. Слева — сталь, справа — победит |
В этом необычайном успехе сказались исключительно благоприятные условия развития промышленности в СССР, где технике предоставлены широчайшие возможности. Недаром один из изобретателей сплава «смена» инж. Брохин назвал твердые сплавы «катализаторами темпов».
Разве не замечательно, что производительность проходки на одно долото нефтяного бурения благодаря применению твердых сплавов возросла с 3 до 27 метров!
Скорость резания повысилась с 25 до 170 метров в минуту.
Число ударов, которые выдерживает матрица из сталинита, увеличилось по сравнению с стальной с 450 до 16000.
Все эго фактический материал, полученный при обычной работе твердыми сплавами в лабораториях и на производстве.
Но еще более показательны рекордные цифры, например проходка на одно долото в 472 метра, скорость резания, доходящая до 228 метров в минуту, стойкость матрицы — 16000 ударов и др.
В Советском Союзе выпускаются все виды твердых сплавов: стержневые — сормайт, смена; кусковые — победит, РЭ-8, бикар, релит; зернистые — вокар, сталинит и др.
 |
| Сравнительная диаграмма качеств советских сплавов: твердости, износа и весовой плотности. 1) релит, 2) видиа, 8) победит, 4) блекор, 5) покер, 6) вышка, 7) сталинит, 9) сормайт, 9) смена. Увеличение твердости соответствует уменьшению износа и понижению весовой плотности |
Каждый из этих сплавов имеет свои преимущества и недостатки, свои способы наварки, свою область применения.
Но характерно, что твердость и стойкость советских сплавов не уступают лучшим образцам импортных сплавов.
*
Метод производства твердых сплавов до известной степени предопределяет и область применения их. Например, имеющие определенную, заранее заданную форму пластинки сплава победит, РЭ-8, вокар пригодны для укрепления резцов как в металлообработке, так и в бурении.
Могущие принимать любую форму сплавы вокар, сталинит, ВЭО пригодны для наварки на изнашивающиеся части механизма, в особенности там, где не требуется соблюдения точных углов резания.
Они с успехом применяются при укреплении валов, гусениц, тракторов, режущих частей долотьев, зубков врубовых машин, перфораторов.
Стержневые сплавы аналогичны сплавам зернистым, но в отличие от них могут навариться пламенем газовой горелки.
Это делает их незаменимыми в таких местностях, где применять для наварки электрический ток не представляется возможным, например в поле, на разведках, иногда в море.
Пути внедрения твердых сплавов неограниченны. Буквально все отрасли промышленности могут быть охвачены этими новыми видами сплавов.
Надо только умело применять их, умело наваривать, правильно подбирать тот или иной вид твердого сплава в зависимости от конкретного объекта производства.
Комментариев нет:
Отправить комментарий