powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2022-3-78-87powder-718Research ArticleПрименение порошковых материалов и функциональных покрытийApplication of Powder Materials and Functional CoatingsОб опыте применения твердых сплавов в производстве буровых шарошечных долот в АО «Волгабурмаш»About the experience of using hardmetals in the production of roller cone bits at Volgaburmash JSCЖадяевА. А.ZhadyaevA. A.

аспирант кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы»; вед. инженер-технолог

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

443004, г. Самара, ул. Грозненская, 1

Postgraduate student of the Department of metallurgy, powder metallurgy, nanomaterials; Leading process engineer

443100, Russia, Samara, Molodogvardeyskaya str., 244

443004, Russia, Samara, Groznenskaya str., 1

alexander-zhadyaev@yandex.ruЗахаровД. А.ZakharovD. A.

канд. техн. наук, начальник цеха

г. Самара

Cand. Sci. (Eng.), Head of the shop

Samara

zaharov.dmi@yandex.ruСамарский государственный технический университет (СамГТУ); АО «Волгабурмаш»РоссияSamara State Technical University; JSC «Volgaburmash»Russian FederationАО «Волгабурмаш»РоссияJSC «Volgaburmash»Russian Federation202206092022037887Copyright © НИТУ "МИСИС", 20222022НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/718

С 2017 г. на предприятии АО ≪Волгабурмаш≫ (г. Самара, Россия) проводились мероприятия по испытанию покупных твердосплавных порошковых смесей состава 90%WC–10%Co и готовых твердосплавных зубков различных производителей. Работа велась с целью оценки возможности применения покупных изделий в качестве исходных материалов на предприятии для сокращения производственного цикла изготовления твердосплавного вооружения буровых шарошечных долот. Данные работы по товарозамещению (аутсорсингу) проводятся с целью возможного снижения себестоимости шарошечного долота и ускорения процесса его изготовления для функционирования предприятия в условиях острой рыночной конкуренции на внешнем и внутреннем рынках. Статья посвящена анализу и подробному сравнению микро- и макроструктуры, физических, механических, химических и технологических свойств покупных твердосплавных смесей и спеченных зубков различных производителей, в том числе и АО ≪Волгабурмаш≫. Определение всех характеристик исследуемых материалов проводилось в соответствии со стандартом предприятия СТП 582-17. Большое внимание уделено сравнению значений трещиностойкости сплавов, или вязкости разрушения по Палмквисту, и анализу снимков микроструктуры и характера распространения трещины после испытаний с использованием сканирующей электронной микроскопии. Также рассмотрены такие важные характеристики сплава, как твердость и предел прочности при поперечном изгибе. На основе результатов проведенных исследований представлены выводы о целесообразности использования в металлургическом цехе АО ≪Волгабурмаш≫ покупных твердых сплавов в сравнении с материалами собственного производства.

Since 2017, Volgaburmash JSC (Samara, Russia) tested purchased 90%WC–10%Co carbide powder mixtures and finished carbide drill bits from various manufacturers. The work was carried out in order to check the possibility of using purchased products as raw materials at the plant to reduce the production cycle for the manufacture of carbide inserts for roller cone bits. This intercommodity substitution (outsourcing) is carried out with the aim of potential cone bit cost reduction and production process acceleration so that the plant can operate in the heavily competitive environment of foreign and domestic markets. The article focuses on the analysis and detailed comparison of the micro- and macrostructure, physical, mechanical, chemical and processing properties of purchased hard-alloy mixtures and sintered inserts of various manufacturers including Volgaburmash JSC. All properties of materials under study were determined in accordance with the VBM JSC company standard STP 582-17. Much attention is paid to comparing crack resistance or Palmqvist fracture toughness values of the alloy and analysis of microstructure images and fracture propagation pattern after using scanning electron microscopy tests. In addition, consideration is given to such important hard alloy properties as hardness and transverse bending strength. Based on the results of the conducted research, conclusions are presented on the expediency of using purchased hard-alloy materials at the Volgaburmash JSC metallurgical shop in comparison with internally manufactured materials.

буровые шарошечные долотавольфрамокобальтовые гранулированные смеситвердые сплавызубки долотструктурамеханические свойствааутсорсингroller cone bitstungsten-cobalt granular mixtureshard alloysbit insertsstructuremechanical propertiesoutsourcingReferencesOkada K., Osada A. Microstructural study on the grain growth inhibition of VC-doped WC—Co cemented carbides. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2017. No. 62. P. 149—154.Okada K., Osada A. Microstructural study on the grain growth inhibition of VC-doped WC—Co cemented carbides. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2017. No. 62. P. 149—154.Fang Z.Z., Eso O.O. Liquid phase sintering of functionally graded WC—Co composites. Scr. Mater. 2005. No. 52. P. 785—791.Fang Z.Z., Eso O.O. Liquid phase sintering of functionally graded WC—Co composites. Scr. Mater. 2005. No. 52. P. 785—791.Furushima R., Katou K., Shimojima K., Hosokawa H., Matsumoto A. Control of WC grain sizes and mechanical properties in WC—FeAl composite fabricated from vacuum sintering technique. Int. J. Refract Met. Hard Mater. 2015. No. 50. P. 16—22. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2014.11.007.Furushima R., Katou K., Shimojima K., Hosokawa H., Matsumoto A. Control of WC grain sizes and mechanical properties in WC—FeAl composite fabricated from vacuum sintering technique. Int. J. Refract Met. Hard Mater. 2015. No. 50. P. 16—22. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2014.11.007.Chang S.H., Chang M.H., Huang K.T. Study on the sintered characteristics and properties of nanostructured WC— 15 wt.% (Fe—Ni—Co) and WC—15 wt.% Co hard metal alloys. J. Alloys. Compd. 2015. No. 649. P. 89—95.Chang S.H., Chang M.H., Huang K.T. Study on the sintered characteristics and properties of nanostructured WC—15 wt.% (Fe—Ni—Co) and WC—15 wt.% Co hard metal alloys. J. Alloys. Compd. 2015. No. 649. P. 89—95.Панов В.С., Коняшин И.Ю., Левашов Е.А., Зайцев А.А. Твердые сплавы: Учебник. 3-е изд., доп. и перераб. М.: Изд. дом НИТУ «МИСиС», 2019.Panov V.S., Konyashin I.Yu., Levashov E.A., Zaitsev A.A. Hard alloys: Textbook. Moscow: MISIS, 2019 (In Russ.).Zhadyaev A., Zakharov D., Amosov A., Novikov V. Comparative analysis of physical and mechanical properties of hard alloy products depending on the synthesis mode. AIP Conf. Proc. 2021. Vol. 2402. Р. 020056. DOI:10.1063/5.0071653.Zhadyaev A., Zakharov D., Amosov A., Novikov V. Comparative analysis of physical and mechanical properties of hard alloy products depending on the synthesis mode. AIP Conf. Proc. 2021. Vol. 2402. Р. 020056. DOI:10.1063/5.0071653.Guo Z.X., Xiong J., Yang M., Xiong S.J., Chen J.Z., Bi S.Q. Characterization and properties of MTCVD Ti(C,N) coated cemented carbide substrates with Fe/Ni binder. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2010. No. 28. P. 238—242.Guo Z.X., Xiong J., Yang M., Xiong S.J., Chen J.Z., Bi S.Q. Characterization and properties of MTCVD Ti(C,N) coated cemented carbide substrates with Fe/Ni binder. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2010. No. 28. P. 238—242.Norgren S., García J., Blomqvist A., Yin L. Trends in the P/M hard metal industry. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2015. No. 48. P. 31—45.Norgren S., García J., Blomqvist A., Yin L. Trends in the P/M hard metal industry. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2015. No. 48. P. 31—45.Daniele Mari, Luis Miguel, Christoph Nebel. Encyclopedia comprehensive hard materials. Amsterdam: Elsevier, 2015. Vol. 1. P. 29—90.Daniele Mari, Luis Miguel, Christoph Nebel. Encyclopedia comprehensive hard materials. Amsterdam: Elsevier, 2015. Vol. 1. P. 29—90.García J., Strelsky W., Lackner M. (Eds.). Ch. 9: Process development and scale up of cemented carbide production in scale-up in metallurgy. Verlag Process. Eng. 2010. P. 235—265García J., Strelsky W., Lackner M. (Eds.). Ch. 9: Process development and scale up of cemented carbide production in scale-up in metallurgy. Verlag Process. Eng. 2010. P. 235—265Ortner H., Kolaska H., Ettmayer P. The history of the technological progress of hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2014. No. 44. P. 148—159.Ortner H., Kolaska H., Ettmayer P. The history of the technological progress of hardmetals. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2014. No. 44. P. 148—159.Zak Fang Z., Wang X., Ryu T., Hwang K.S., Song H.Y. Synthesis, sintering, and mechanical properties of nanocrystalline cemented tungsten carbide: A review. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2009. No. 27. P. 288—299. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2008.07.011.Zak Fang Z., Wang X., Ryu T., Hwang K.S., Song H.Y. Synthesis, sintering, and mechanical properties of nanocrystalline cemented tungsten carbide: A review. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2009. No. 27. P. 288—299. DOI:10.1016/j.ijrmhm.2008.07.011.González Oliver C.J.R., Álvarez E.A., García J.L. Kinetics of densification and grain growth in ultrafine WC— Co composites. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2016. No. 59. P. 121—131.González Oliver C.J.R., Álvarez E.A., García J.L. Kinetics of densification and grain growth in ultrafine WC— Co composites. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2016. No. 59. P. 121—131.Bolton D., Keely R.J. Effects of nonstoichiometric carbon contents on the fracture toughness of WC—Co hardmetal alloys. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 1982. No. 1 (3). P. 103—111.Bolton D., Keely R.J. Effects of nonstoichiometric carbon contents on the fracture toughness of WC—Co hardmetal alloys. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 1982. No. 1 (3). P. 103—111.Stjernberg K.G. Some relations between the structure and mechanical properties of WC—TiC—Co alloys. Powder Metall. 1970. No. 13 (25). P. 1—12.Stjernberg K.G. Some relations between the structure and mechanical properties of WC—TiC—Co alloys. Powder Metall. 1970. No. 13 (25). P. 1—12.Jonsson H. Studies of the binder phase in WC—Co cemented carbides heat-treated at 950 °C. Planseeberichte für Pulvermetallurgie. 1975. Vol. 23 P. 37—55.Jonsson H. Studies of the binder phase in WC—Co cemented carbides heat-treated at 950 °C. Planseeberichte für Pulvermetallurgie. 1975. Vol. 23 P. 37—55.Hosokawa H., Shimojima K., Mabuchi M., Kawakami M., Sano S., Terada O. Effects of the WC grain size on the surface roughness of WC—10%Co cemented carbide micro-die machined by FIB. Mater. Trans. 2002. No. 43 (12). P. 3273—3275.Hosokawa H., Shimojima K., Mabuchi M., Kawakami M., Sano S., Terada O. Effects of the WC grain size on the surface roughness of WC—10%Co cemented carbide micro-die machined by FIB. Mater. Trans. 2002. No. 43 (12). P. 3273—3275.Кушаренко В.М., Репях В.С., Чирков Е.Ю., Кушнарен- ко Е.В. Дефекты и повреждения деталей и конструкций. Оренбург: ОГУ, 2011.Kusharenko V.M., Repyakh V.S., Chirkov E.Yu., Kushnarenko E.V. Defects and damage to parts and structures: monograph. Orenburg: OGU, 2011 (In Russ.).Shing T.L., Luyckx S., Northorp I.T., Wolff I. The effect of ruthenium additions on the hardness, toughness and grain size of WC—Co. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2001. No. 19 (1). P. 41—44.Shing T.L., Luyckx S., Northorp I.T., Wolff I. The effect of ruthenium additions on the hardness, toughness and grain size of WC—Co. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2001. No. 19 (1). P. 41—44.Захаров Д.А., Жадяев А.А. Пути повышения качества твердосплавного вооружения буровых долот. Металлургия машиностроения. 2020. No. 5. С. 32—36.Zakharov D.A., Zhadyaev A.A. Ways to improve the quality of hard-alloy weapons of drilling bits. Metallurgiya mashinostroeniya. 2020. No. 5. P. 32—36 (In Russ.).Жадяев А.А. Исследование трещиностойкости вольфрамокобальтовых сплавов ВК10С производства АО «Волгабурмаш» и VK10 производства Китай. В сб. За нами будущее: Взгляд молодых ученых на инновационное развитие общества: Тр. Всероссийской молодежной научной конференции (05 июня 2020 г.). Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2020. С. 238—242.Zhadyaev A.A. Investigation of crack resistance of tungsten-cobalt alloys VK10S produced by «Volgaburmash » JSC and VK10 produced in China. In: Za nami budushchee: Vzglyad molodykh uchenykh na innovatsionnoe razvitie obshchestva: Trudy Vserossiiskoi molodezhnoi nauchnoi konferentsii (June 05, 2020). Kursk: Yugo-Zapadnyi Gos. Universitet, 2020. Р. 238—242.Shing T.L., Luyckx S., Northorp I.T., Wolff I. The effect of ruthenium additions on the hardness, toughness and grain size of WC—Co. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2001. No. 19 (1). P. 41—44.Shing T.L., Luyckx S., Northorp I.T., Wolff I. The effect of ruthenium additions on the hardness, toughness and grain size of WC—Co. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2001. No. 19 (1). P. 41—44.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.