I. Հիմնական նյութի կազմը
1. Կոշտ փուլ. Վոլֆրամի կարբիդ (WC)
- Համամասնության միջակայք: 70–95%
- Հիմնական հատկություններՑուցաբերում է գերբարձր կարծրություն և մաշվածության դիմադրություն՝ Վիկերսի կարծրություն ≥1400 HV-ով։
- Հացահատիկի չափի ազդեցությունը:
- Խոշոր հատիկ (3–8 մկմ)Բարձր ամրություն և հարվածային դիմադրություն, հարմար է խճաքարով կամ կարծր միջանկյալ շերտերով կազմավորումների համար։
- Նուրբ/Գերմանր հատիկ (0.2–2 մկմ)Բարձրացված կարծրություն և մաշվածության դիմադրություն, իդեալական է բարձր հղկող կազմավորումների, ինչպիսին է քվարցային ավազաքարը, համար։
2. Կապակցող նյութի փուլ՝ կոբալտ (Co) կամ նիկել (Ni)
- Համամասնության միջակայք: 5–30%, գործելով որպես «մետաղական սոսինձ»՝ վոլֆրամի կարբիդի մասնիկները կապելու և ամրություն ապահովելու համար։
- Տեսակներ և բնութագրեր:
- Կոբալտի վրա հիմնված (հիմնական ընտրություն):
- Առավելություններ՝ բարձր ամրություն բարձր ջերմաստիճաններում, լավ ջերմահաղորդականություն և գերազանց համապարփակ մեխանիկական հատկություններ։
- Կիրառում. Ավանդական և բարձր ջերմաստիճանային կազմավորումների մեծ մասը (կոբալտը կայուն է մնում 400°C-ից ցածր ջերմաստիճանում):
- Նիկելի վրա հիմնված (հատուկ պահանջներ):
- Առավելություններ՝ Ավելի ուժեղ կոռոզիոն դիմադրություն (դիմակայուն է H₂S-ին, CO₂-ին և բարձր աղիության հորատման հեղուկներին):
- Կիրառություն՝ թթվային գազի հանքավայրեր, ծովային հարթակներ և այլ քայքայիչ միջավայրեր։
- Կոբալտի վրա հիմնված (հիմնական ընտրություն):
3. Հավելանյութեր (միկրո մակարդակի օպտիմալացում)
- Քրոմի կարբիդ (Cr₃C₂)Բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում բարելավում է օքսիդացման դիմադրությունը և նվազեցնում կապակցող նյութի կորուստը։
- Տանտալի կարբիդ (TaC)/Նիոբիումի կարբիդ (NbC)Կանխում է հատիկների աճը և ուժեղացնում բարձր ջերմաստիճանային կարծրությունը։
II. Վոլֆրամի կարբիդային կարծր մետաղ ընտրելու պատճառները
| Արդյունավետություն | Առավելության նկարագրություն |
|---|---|
| Հագեցման դիմադրություն | Կարծրությամբ երկրորդն է միայն ադամանդից հետո, դիմացկուն է քվարցային ավազի նման հղկող մասնիկների էրոզիային (մաշվածության մակարդակը 10+ անգամ ցածր է պողպատից): |
| Հարվածային դիմադրություն | Կոբալտ/նիկել կապակցող փուլի ամրությունը կանխում է փշրվելը հորատանցքի տատանումներից և գլխիկի ցատկից (հատկապես խոշորահատիկ + բարձր կոբալտային բանաձևերում): |
| Բարձր ջերմաստիճանի կայունություն | Պահպանում է աշխատանքային արդյունավետությունը 300–500°C ներքևի անցքի ջերմաստիճանում (կոբալտի վրա հիմնված համաձուլվածքների ջերմաստիճանի սահմանը մոտ 500°C է): |
| Կոռոզիայի դիմադրություն | Նիկելի վրա հիմնված համաձուլվածքները դիմադրում են ծծումբ պարունակող հորատման հեղուկներից առաջացող կոռոզիային, երկարացնելով ծառայության ժամկետը թթվային միջավայրերում։ |
| Ծախսարդյունավետություն | Ադամանդի/խորանարդային բորի նիտրիդի համեմատ շատ ավելի ցածր գին, պողպատե ծայրակալներից 20-50 անգամ ավելի երկար ծառայության ժամկետով, որն ապահովում է օպտիմալ ընդհանուր առավելություններ։ |
III. Համեմատություն այլ նյութերի հետ
| Նյութի տեսակը | Թերություններ | Կիրառման սցենարներ |
|---|---|---|
| Ադամանդ (PCD/PDC) | Բարձր փխրունություն, վատ հարվածային դիմադրություն; չափազանց թանկ (մոտ 100 անգամ ավելի թանկ, քան վոլֆրամի կարբիդը): | Հազվադեպ է օգտագործվում ծայրակալների համար, երբեմն՝ ծայրահեղ հղկող փորձարարական միջավայրերում։ |
| Կուբիկ բորի նիտրիդ (PCBN) | Լավ ջերմաստիճանային դիմադրություն, բայց ցածր ամրություն; թանկ է։ | Գերխորը բարձր ջերմաստիճանի կարծր կազմավորումներ (ոչ հիմնական հոսանքներում): |
| Կերամիկա (Al2O3/Si3N4) | Բարձր կարծրություն, բայց զգալի փխրունություն; ջերմային ցնցումների նկատմամբ վատ դիմադրություն։ | Լաբորատոր վավերացման փուլում է, դեռևս առևտրային մասշտաբով չէ։ |
| Բարձր ամրության պողպատ | Անբավարար մաշվածության դիմադրություն, կարճ ծառայության ժամկետ: | Ցածրակարգ բիթեր կամ ժամանակավոր այլընտրանքներ։ |
IV. Տեխնիկական զարգացման ուղղություններ
1. Նյութերի օպտիմալացում
- Նանոբյուրեղային վոլֆրամի կարբիդՀատիկի չափ <200 նմ, կարծրությունը մեծացել է 20%-ով՝ առանց ամրության վրա ազդելու (օրինակ՝ Sandvik Hyperion™ շարք):
- Ֆունկցիոնալ աստիճանավորված կառուցվածքԲարձր կարծրության մանրահատիկ WC ծայրակալի մակերեսին, բարձր կարծրության խոշորահատիկ + բարձր կոբալտային միջուկ, հավասարակշռելով մաշվածության և կոտրման դիմադրությունը։
2. Մակերեսի ամրացում
- Ադամանդե ծածկույթ (CVD)2–5 մկմ թաղանթը մեծացնում է մակերեսի կարծրությունը մինչև >6000 HV, երկարացնելով ծառայության ժամկետը 3–5 անգամ (30% արժեքի աճ):
- Լազերային ծածկույթWC-Co շերտերը նստեցվում են ծայրակալի խոցելի հատվածների վրա՝ տեղայնացված մաշվածության դիմադրությունը բարձրացնելու համար։
3. Հավելյալ արտադրություն
- 3D տպագիր վոլֆրամի կարբիդՀնարավորություն է տալիս բարդ հոսքային ջրանցքների (օրինակ՝ Վենտուրիի կառուցվածքների) ինտեգրված ձևավորմանը՝ հիդրավլիկ արդյունավետությունը բարելավելու համար։
V. Նյութի ընտրության հիմնական գործոնները
| Գործառնական պայմաններ | Նյութական առաջարկություն |
|---|---|
| Բարձր քերող կազմավորումներ | Նուրբ/ուլտրաֆինային հատիկավոր WC + միջին-ցածր կոբալտ (6–8%) |
| Հարվածի/թրթռման հակված հատվածներ | Կոպիտ հատիկավոր WC + բարձր կոբալտի պարունակությամբ (10–13%) կամ աստիճանավորված կառուցվածք |
| Թթվային (H₂S/CO₂) միջավայրեր | Նիկելի վրա հիմնված կապակցանյութ + Cr₃C₂ հավելանյութ |
| Գերխորը հորեր (>150°C) | Կոբալտի վրա հիմնված համաձուլվածք + TaC/NbC հավելանյութեր (խուսափեք նիկելի վրա հիմնվածից՝ թույլ բարձր ջերմաստիճանային դիմադրության համար) |
| Ծախսային զգայուն նախագծեր | Ստանդարտ միջին հատիկավոր WC + 9% կոբալտ |
Եզրակացություն
- Շուկայի գերիշխանությունՎոլֆրամի կարբիդային կարծր մետաղը (WC-Co/WC-Ni) բացարձակապես հիմնական տեսակն է, որը կազմում է հորատման գլխիկների համաշխարհային շուկաների >95%-ը։
- Կատարողականության միջուկՏարբեր ձևավորման մարտահրավերներին հարմարվողականություն՝ WC հատիկների չափի, կոբալտ/նիկել հարաբերակցության և հավելումների ճշգրտումների միջոցով։
- ԱնփոխարինելիությունՄնում է մաշվածության դիմադրության, ամրության և արժեքի հավասարակշռության օպտիմալ լուծումը, իսկ առաջատար տեխնոլոգիաները (նանոբյուրեղացում, ծածկույթներ) ավելի են ընդլայնում դրա կիրառման սահմանները։
Հրապարակման ժամանակը. Հունիս-03-2025
