Новости науки
Учёные НИТУ «МИСиС» создали сверхтвердый сплав для добычи полезных ископаемых в Арктике
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (г. Москва), 17.12.2019
Дата публикации: 23.12.2019
Материаловеды НИТУ «МИСиС в кооперации промышленными партнёрами ООО «Завод технической керамики» и АО «Кировоградский завод твёрдых сплавов» разработали новое поколение твёрдых сплавов для добычи полезных ископаемых в условиях пониженных температур, в том числе для работы в условиях Арктического региона Российской Федерации.
В период с 25-29.11.2019 проведены промышленные испытания горных резцов из разработанных твёрдых сплавов на угольной шахте Полежаевская (Кузбасс, Кемеровская область), принадлежащей крупнейшей угледобывающей компании Российской Федерации АО «Сибирская угольная энергетическая компания». По результатам испытаний установлено, что горные резцы обладают уникальными эксплуатационными характеристиками, значительно превосходящими отечественные и зарубежные аналоги.
Потребность в твёрдых сплавах с улучшенными эксплуатационными характеристиками для различных областей применения, в частности для добычи полезных ископаемых, строительстве, в Российской Федерации (РФ) и в мире с каждым годом быстро растёт. В соответствии с Государственной программой «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года» (Постановление правительства РФ от 21 апреля 2014 года № 366) добыча полезных ископаемых в Арктической зоне является приоритетной научно-технической задачей, решение которой позволит успешно реализовать программу и даст значительный экономический эффект. Износ и разрушение твёрдосплавных вставок в буровых коронках, дорожных и угольных резцах является основным фактором, определяющим эффективность работы инструмента. Твёрдосплавный инструмент работает в чрезвычайно жёстких условиях при высоких ударных нагрузках, интенсивном абразивном изнашивании, что приводит к усталостному разрушению. Поэтому традиционные твёрдые сплавы при работе за пределами их возможностей быстро разрушаются и изнашиваются.
Для увеличения механических свойств твёрдых сплавов и эксплуатационных характеристик горного инструмента учёными кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий были разработаны новые иерархические крупнозернистые твёрдые сплавы. Работа выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» по проекту «Разработка иерархических твёрдых сплавов с повышенной трещиностойкостью и износостойкостью на основе отечественных крупнозернистых порошков карбида вольфрама с особо однородной структурой и наномодифицированной связкой для нового поколения породоразрушающего инструмента, работающего в условиях Арктики», соглашение о предоставлении субсидии № 14.575.21.0156 от 26.09.2017.
Основное отличие данных сплавов от традиционных заключается в том, что за счёт введения в состав сплава функциональных легирующих добавок и оптимизации режимов изготовления, в связующей фазе выделяются упрочняющие наночастицы пластинчатой формы с характерным размером 4-5 нм, что обеспечивает одновременное повышение трещиностойкости, прочности и износостойкости материала. Разработанный сплав имеет несколько структурных уровней, что позволило его отнести к классу иерархических композиционных материалов.
Промышленные испытания были проведены при содействии АО «Кировоградский завод твёрдых сплавов» на шахте Полежаевская (Кузбасс, Кемеровская область), разрабатываемой угледобывающей компанией АО «Сибирская угольная энергетическая компания». В ходе испытаний проходческим комбайном КП-21 (Рис. 1) на глубине 250 м было переработано более 700 м3 породы. Горные резцы, оснащённые иерархическими твёрдыми сплавами, продемонстрировали полное отсутствие сколов (Рис. 2) (сколы относятся к одному из самых опасных видов разрушения горных резцов, поскольку нарушают стационарность работы исполнительного органа проходческого комбайна Рис. 3), а их ресурс на 80-100% превзошёл лучшие аналоги. Повышенные характеристики инструмента обусловлены уникальной иерархической структурой твёрдосплавных вставок.
Конечными потребителями инструмента из разработанных сплавов являются предприятия, специализирующиеся на шахтной/карьерной добыче горных пород различной прочности (каменный уголь, каменная соль, кимберлиты, апатиты и др.) в частности, АО «Сибирская угольная энергетическая компания», ПАО «Мечел», ОАО «Кузбассразрезуголь», ЗАО «Холдинговая компания «Сибирский деловой союз», ПАО АК «АЛРОСА», АО «Апатит», ОАО «Тыретский солерудник» и др. Внедрение разработки позволит значительно повысить эффективность добычи полезных ископаемых на месторождениях Арктического региона РФ.
Источник: НИТУ «МИСиС»
