Новая технология получения изделий методом горячего прессования сплавов в системах Ti-Ni-C и Ti-Cu-C при СВС-процессе
СВС-технология горячего прессования открывает новые возможности для получения твердых безвольфрамовых сплавов, которые могут использоваться при изготовлении формообразующего инструмента, волок, заготовок и износостойкой технологической оснастки.
Особый интерес представляют материалы в системах Ti-Ni-C и Ti-Cu-C. Они позволяют снизить зависимость от традиционных вольфрамосодержащих твердых сплавов и получить инструментальные материалы с высокой твердостью, термостойкостью и износостойкостью.
Уральские специалисты разработали технологию получения формообразующего инструмента и заготовок из твердых безвольфрамовых сплавов. В основе процесса лежит самораспространяющийся высокотемпературный синтез, или СВС, в реакционных смесях никель — титан — углерод с последующим прессованием полученных сплавов.
Такие материалы могут быть востребованы в производстве волочильного инструмента, прессовой оснастки, деталей для обработки черных и цветных металлов, а также в задачах, где важны стойкость к износу, стабильность геометрии и работа под повышенными нагрузками. Для комплексного оснащения производства также применяются металлорежущий инструмент, твердосплавные пластины, токарные резцы и другая промышленная оснастка.
Содержание:
Сущность СВС-процесса
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез — это технологический процесс, при котором химическая реакция в порошковой смеси протекает с выделением большого количества тепла. После инициирования реакции фронт горения распространяется по материалу самостоятельно, формируя новое соединение или композиционный сплав.
В рассматриваемой технологии используются реакционные системы на основе титана, никеля, меди и углерода. После СВС-синтеза материал подвергается горячему прессованию, что позволяет уплотнить структуру, повысить прочность и получить заготовку с заданными эксплуатационными свойствами.
СВС-синтез
Формирует твердый сплав за счет высокотемпературной реакции в порошковой смеси.
Горячее прессование
Уплотняет полученный материал и помогает сформировать заготовку или изделие с нужной геометрией.
Безвольфрамовая основа
Позволяет получать альтернативные твердые сплавы без применения дефицитного вольфрама.
Для промышленности такой подход интересен тем, что он совмещает получение материала и формирование заготовки в единой технологической цепочке. Это особенно важно при производстве износостойкой оснастки и инструмента, где свойства материала определяют ресурс изделия.
Сплавы Ti-Ni-C и волочильный инструмент
Одним из практических результатов разработки стало получение волок из титан-никель-углеродного сплава. Для этих изделий уже разработаны технические условия ТУ 24.45.30-001-04926906-2017, а также освоен выпуск пробных партий.
Полученные волоки имеют твердость 63–65 HRC и могут использоваться для получения прутков и проволоки из черных металлов. Для волочильного инструмента такая твердость важна, поскольку рабочая зона испытывает интенсивное трение, контактные нагрузки и износ при прохождении металла через калибр.
Для волок из сплава Ti-Ni-C важны следующие свойства:
- высокая твердость рабочей зоны;
- устойчивость к абразивному и контактному износу;
- термостойкость при работе под нагрузкой;
- стабильность геометрии калибрующего канала;
- возможность применения при обработке черных металлов.
Фактически речь идет о материале, который может применяться как альтернатива традиционным твердым сплавам в тех операциях, где основной критерий эффективности — ресурс инструмента и стабильность размеров обрабатываемого проката.
Износостойкость безвольфрамовых сплавов
Пробные изделия из безвольфрамовых сплавов, полученных по СВС-технологии, показали высокую износостойкость. По результатам исследований, ресурс таких изделий может быть выше в 3–5 раз по сравнению с изделиями из твердых сплавов ВК-8 и ВК-15.
Повышение износостойкости особенно важно для формообразующего инструмента, волок, прессовой оснастки и деталей, которые работают в условиях постоянного контакта с металлом, трения и повышенных температур.
Для производственного предприятия увеличение стойкости инструмента означает меньшее количество замен, сокращение простоев оборудования, более стабильное качество изделий и снижение затрат на единицу продукции. Поэтому безвольфрамовые твердые сплавы интересны не только с научной, но и с технологической и экономической точки зрения.
Особенности сплавов Ti-Cu-C
Отдельный интерес представляют результаты СВС-синтеза в системе Ti-Cu-C. Полученный твердый сплав имеет несколько более низкую твердость — ориентировочно 56–60 HRC, но отличается повышенной пластичностью.
Такое сочетание свойств важно в процессах, где материал инструмента должен не только сопротивляться износу, но и выдерживать ударные, контактные или переменные нагрузки без хрупкого разрушения.
Ti-Ni-C
Более высокая твердость, ресурс и износостойкость. Перспективен для волочильного инструмента и обработки черных металлов.
Ti-Cu-C
Несколько ниже твердость, но выше пластичность. Может применяться при обработке цветного проката и медных сплавов.
Материалы системы Ti-Cu-C могут использоваться в процессах переработки и изготовления изделий из цветного проката: латуни, бронзы и других медных сплавов. В числе возможных операций — гидравлическая горячая экструзия, холодная калибровка прутков и проволоки.
Применение в металлообработке
Полученные материалы термостойки, износостойки и при этом потенциально дешевле импортных аналогов. Это открывает возможности для их применения в металлообрабатывающей промышленности, особенно в задачах, где требуется ресурсный формообразующий инструмент.
Возможные области применения:
- волоки для получения проволоки и прутков;
- формообразующий инструмент;
- заготовки для износостойкой оснастки;
- инструмент для обработки черных металлов;
- оснастка для цветного проката;
- изделия для горячей экструзии и холодной калибровки.
В производственной практике подобные материалы могут дополнять традиционные решения из твердых сплавов, инструментальных сталей и износостойких композиций. Выбор конкретного материала зависит от типа обрабатываемого металла, температуры процесса, контактных нагрузок, требуемой стойкости и экономической целесообразности.
Нужно подобрать инструмент или оснастку для металлообработки?
АЕМСИ поставляет металлорежущий инструмент, твердосплавные пластины, резцы, сверла, фрезы, станочную оснастку и оборудование для производственных предприятий.
Заключение
Технология получения изделий из сплавов Ti-Ni-C и Ti-Cu-C методом СВС-синтеза и горячего прессования является перспективным направлением для производства безвольфрамовых твердых сплавов. Она позволяет получать материалы с высокой твердостью, износостойкостью и термостойкостью.
Наиболее твердые материалы системы Ti-Ni-C могут применяться для волочильного инструмента и обработки черных металлов, а более пластичные сплавы Ti-Cu-C — для процессов, связанных с цветным прокатом, латунью, бронзой и медными сплавами. Для металлообрабатывающих предприятий такие разработки интересны как путь к повышению ресурса инструмента и снижению зависимости от дорогостоящих импортных материалов.
Частые вопросы
- Комментарии
