В Пензенском государственном университете (ПГУ) разработали новую технологию производства порошка из тугоплавких и тяжелых сплавов на основе вольфрама и карбида вольфрама со сферическими частицами. Авторы уже запатентовали изобретение, его планируют использовать для импортозамещения высококачественных металлорежущих инструментов.
Александр Зверовщиков, зав. кафедрой «Технологии и оборудование машиностроения» Пензенского государственного университета
Фото: Предоставлено министерством экономического развития и промышленности Пензенской области
Александр Зверовщиков, зав. кафедрой «Технологии и оборудование машиностроения» Пензенского государственного университета
Фото: Предоставлено министерством экономического развития и промышленности Пензенской области
Высокопрочный металлорежущий инструмент широко востребован на предприятиях машиностроения, оборонно-промышленного комплекса, военной и аэрокосмической промышленностей, приборостроения. Однако в настоящее время в России не производятся изделия, способные конкурировать с зарубежными аналогами.
Проблема заключается в отсутствии технологии получения порошков со сферическими частицами — именно с применением таких частиц изготавливают инструмент, например, в Китае, США и других странах. В России же для этих целей используют размольный порошок с оскольчатой формой. Такое сырье не позволяет выпустить металлорежущий инструмент с высокими качественными характеристиками. Оскольчатая «мука» спекается произвольно, в результате страдают свойства конечного продукта. Сферическая же форма позволяет частицам спекаться плотнее, чем обеспечивается высокая прочность получаемых инструментов.
Ученые из ПГУ, работая над созданием полного цикла производства металлорежущего инструмента, предложили простое и оригинальное решение. Разработкой уже заинтересовались компания по производству изделий из твердых сплавов «СТМ Технолоджи» и ведущее российское предприятие в этой области ООО «Вириал».
Первичное сырье (тяжелые сплавы на основе карбида вольфрама и жаропрочная сталь) помещается в электрическую дугу, где формируется плазменный канал с температурой до 12 тыс. градусов Цельсия. Материал, попадая в этот канал, расплавляется. Затем расплав распыляется при помощи центробежных сил. На выходе получается порошок со сферическими частицами — необходимое сырье для изготовления высококачественного металлорежущего инструмента.
Реализация проекта стала возможной благодаря поддержке Минобрнауки России: на грантовые средства оборудована специальная лаборатория. В вузе был изготовлен стенд, аналогов которому нет в России. Он представляет собой компактный реактор, пригодный для встраивания в рабочую зону серийно выпускаемого основного оборудования.
Самая большая сложность — определить режимы дуги и удержать их. Необходимо задавать четко определенные параметры тока, напряжения и очень точно регулировать скорости вращения и сближения электродов.
«Необходимо "порвать" расплав и получить очень мелкие частицы. Крупные получаются легко, мелкие даются сложнее. И это нам удается»,— отметил руководитель проекта, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Технологии и оборудование машиностроения» ПГУ Александр Зверовщиков.
Полученные опытные партии порошка протестировали в университете Ростова-на-Дону. Испытания показали, что частицы образцов имеют требуемую структуру и химический состав, обеспечивающие пригодность для изготовления деталей разного назначения.
У порошка со сферической формой размеры частиц варьируются от 2 до 5 микрометров. Это позволяет применять их в самых разных областях, например при создании конструкционных изделий (подшипники скольжения, высоконагруженные детали, узлы и так далее).
Кроме того, ноу-хау пензенских ученых послужит развитию PIM-технологии (Powder Injection Molding). Так называется производство изделий сложного профиля из мелкодисперсных полимерных смесей с металлическими или керамическими наполнителями. Эти методы отличаются минимальным количеством отходов материала (1–2%).