Когда слышишь 'карбид вольфрамовые боры', первое что приходит - это сверхтвёрдые композиты для буровых коронок. Но на практике всё сложнее: если вольфрамовый карбид без бора ещё держит ударные нагрузки, то с добавлением боридов начинаются нюансы кристаллической решётки, о которых в техзаданиях обычно умалчивают.
В прошлом году пришлось переделывать партию карбид вольфрамовые боры для алмазного бурения - заказчик требовал устойчивость к температуре выше 1200°C, но не учёл, что при таком нагреве бор начинает мигрировать к границам зёрен. В итоге получили расслоение после 80 часов работы в гранитном массиве.
Коллеги из ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив как-то делились наблюдением: их линия на 2000 тонн карбида бора изначально не была рассчитана на вольфрамовые композиты, но эксперименты показали, что при определённом соотношении фракций можно добиться интересных результатов. Правда, серийно это не пошло - экономически невыгодно оказалось.
Заметил странную вещь: многие технологи путают карбид-вольфрамовые системы с боридными покрытиями. Это принципиально разные вещи по механизму износа - в первом случае работает карбидная матрица, во втором бор создаёт аморфные прослойки. Хотя в каталогах пишут и то и другое через запятую.
При спекании композитов на основе карбид вольфрамовые боры всегда возникает дилемма: увеличивать давление - теряешь плотность из-за выгорания бора, уменьшать - не добираешь твёрдость. На нашем опыте оптимальным оказался трёхстадийный режим с вакуумированием на второй стадии, но это удорожает процесс на 15-20%.
Особенно проблемно с тонкостенными коронками - там где обычный WC-Co держит форму, борсодержащие композиты ведут себя непредсказуемо. Как-то пришлось выбраковать целую партию для геологической разведки именно из-за деформации при охлаждении. Клиент потом полгода не мог понять, почему стандартная термообработка не работает.
Интересно, что у китайских коллег подход другой - они идут по пути легирования, а не механического смешивания. На том же https://www.cn-boroncarbide.ru упоминают, что их марка 'Хуангэн' изначально разрабатывалась для абразивов, но подошла и для некоторых марок твердых сплавов. Хотя деталей по вольфрамовым композитам там нет - видимо, ноу-хау.
В прошлом квартале тестировали образцы с содержанием бора 0.3% и 0.7% в одинаковых условиях бурения. Разница в стойкости оказалась всего 12%, хотя по лабораторным тестам должна была быть минимум 25%. Объяснение нашли только после металлографии - оказалось, распределение боридной фазы в реальных образцах неравномерное, есть локальные скопления до 2-3%.
Буровики с Урала жаловались, что при низких температурах композиты с бором дают больше сколов режущей кромки. Пришлось пересматривать режимы охлаждения - выяснилось, что проблема не в материале, а в смазочно-охлаждающих жидкостях, которые меняют вязкость при -25°C и нарушают теплоотвод.
Кстати, про уставной капитал в 15 миллионов юаней у ООО Шимань Босэн - это объясняет, почему они смогли позволить себе эксперименты с глубокой переработкой. У нас такие суммы на НИОКР по борсодержащим сплавам никогда не выделяли, работаем по остаточному принципу.
Сейчас многие гонятся за показателями твёрдости, забывая про вязкость. Максимальные HV у карбид вольфрамовые боры действительно впечатляют, но при динамических нагрузках это преимущество сводится на нет из-за хрупкости. Проверено на разрывных испытаниях - при содержании бора выше 0.5% сопротивление удару падает на 40-60%.
Ещё один момент - стоимость сырья. Карбид бора высокой чистоты (как у китайцев с их линией на 3000 тонн) даёт стабильные результаты, но наш отечественный аналог часто имеет примеси, которые катастрофически влияют на спекаемость. Приходится либо переплачивать за импорт, либо разрабатывать сложные схемы очистки.
Производственная линия мощностью 2000 тонн для глубокой переработки - это серьёзно. У нас подобные масштабы только в планах, а они уже с 2015 года работают. Хотя интересно, как у них обстоят дела с экологией - производство карбида бора всегда сопряжено с вредными выбросами.
Последние два года пробовали добавлять нанопорошки бора в шихту - лабораторные результаты обнадёживали, но при масштабировании возникли проблемы с агломерацией. Видимо, без специального оборудования типа того, что в промышленном парке Чжума, здесь не обойтись.
Ещё один провальный эксперимент - попытка создать градиентные структуры с переменным содержанием бора по сечению инструмента. Теоретически должно было дать преимущество в стойкости, практически привело к расслоению при термоциклировании. Хотя японцы в каких-то статьях писали что у них получилось - может быть, дело в оборудовании.
Глядя на опыт ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив, понимаешь что успех в таких материалах - это не столько научные открытия, сколько отработанная технология и контроль качества. Их торговая марка 'Хуангэн' стала узнаваемой не потому что они что-то сверхсекретное изобрели, а потому что смогли добиться стабильности параметров от партии к партии.
Если резюмировать накопленный опыт с карбид вольфрамовые боры, то главный вывод - не стоит гнаться за максимальными показателями. Часто оптимальным оказывается содержание бора 0.2-0.4% с дополнительным легированием другими карбидами. Это даёт приемлемый баланс между твёрдостью и вязкостью.
При выборе поставщиков сырья теперь всегда спрашиваю не только сертификаты качества, но и данные по стабильности гранулометрического состава. Разброс по фракциям всего в 2-3% может полностью изменить поведение материала при спекании.
И последнее - никогда не стоит недооценивать китайских производителей. Их подход может казаться консервативным, но когда видишь их производственные линии и объёмы в 50 миллионов инвестиций в основной капитал, понимаешь что они работают на перспективу. Может быть, через пару лет и до вольфрамовых боридов доберутся.
