Воломит

Воломит

ВОЛОМИТ, сплав карбидов вольфрама, кобальта, никеля и хрома с незначительным количеством железа, отличающийся весьма большой твердостью (около 9,8—9,9), значительной прочностью (близкой к прочности стали), высокой температурой размягчения (около 2700°), с удельным весом 15,5—16,0. Сплавы подобного состава были изобретены до 1914 года, но еще Муассан, сконструировавший печь для температур выше 3000° и получивший в ней в чистом виде и в виде карбидов наиболее тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, ванадий и др.), наметил пути к получению тугоплавких и твердых (по природе своей, а не в силу закалки) сплавов. Однако практически задача получения твердых сплавов в больших количествах была разрешена американцем Гайне в 1907 г. и еще более полно Ломаном в Германии непосредственно перед войной 1914—18 гг.

Последнему удалось в сконструированной им электрической печи достичь температур, превышающих температуру вольтовой дуги. Для этой цели Ломан воспользовался теплотой алюмотермических реакций, которые он заставил протекать в поле электрической печи. Ломану удалось устранить главное затруднение процесса - бурное протекание алюмотермических реакций: рядом удачных комбинаций он получил в своей печи б. или м. постоянную температуру с возможностью ее регулирования. В сконструированных таким способом печах были изготовлены в больших количествах тугоплавкие металлы в чистом виде, а также и их карбиды, например, вольфрама - CW2 с твердостью около 9,8. Позже, уже во время войны 1914—18 гг., Ломан получил, взяв карбид вольфрама за основу, сплав, названный им воломит, механически настолько вязкий и твердый, что его можно было применить в целом ряде производств, где до тех пор применялся исключительно алмаз (например, в волочильном процессе - в качестве матриц для волочильных досок, в алмазном бурении - в качестве сверл для коронок и пр.). Перед алмазом воломит имеет два существенных преимущества: он дешевле алмаза (примерно раз в 200) и может принимать (отливка или прессование с последующим сплавлением) любую форму, наиболее соответствующую последующему применению его в технике, в то время как форма инструмента из алмаза определяется природными свойствами последнего (незначительность размеров и определенная естественная огранка). Вполне понятно, что указанные выше свойства воломита и возможность широкого применения его в технике обусловливают большую сдержанность изготовляющих его фирм в отношении опубликования как точного состава выпускаемых сплавов, так и, в еще большей степени, описания способов его изготовления. Анализы воломита, произведенные различными исследовательскими лабораториями, указывают на присутствие в нем W, Ni, Со, Сг, Fe и С с примесями V, Si и Мn и следами S и Р, причем наибольшей составляющей является W, содержание которого колеблется от 70 до 95%. Помещаемая микроструктура воломита (фиг. 1), исполненная в металлографической лаборатории Клаустальской горной академии, показывает чрезвычайно тонкую структуру воломита, состоящего из мельчайших частиц карбидов.

Микроструктура воломита

Что касается твердости воломита, то ввиду неполноты шкалы Moоca для веществ, твердость коих колеблется между 9 и 10, был применен метод определения твердости по Мартенсу. Риска шириной в 0,01 мм получалась при нагрузке алмазного резца в 126—130 г, в то время как для рубина, твердость которого по шкале Мооса равна 9, нагрузка определяется в 50—51 г, а для стали твердостью по Моосу в 7 нагрузка определяется в 21—26 г. Прочность воломита также высока, и некоторые исследователи утверждают, что сопротивление воломита на сжатие больше сопротивления алмаза.

В технике горного дела воломит применяется: 1) для коронок при колонковом бурении, причем употребляются коронки обычного типа со вставленными кусками воломита или зубчатые коронки, зубья которых делаются из воломита, и 2) для буровых долот типа «рыбий хвост», применяемых при вращательном бурении преимущественно нефтяных скважин. Для бурения воломит изготовляется в двух формах - яйцевидной 4x5 мм и в форме восьмигранных призм в 16—22 мм длиной и 5—6 мм в сечении (фиг. 2).

Воломит форме восьмигранных призм

На фиг. 3 и 4 представлена коронка бура с воломитовыми стержнями. Результаты воломитового бурения скважин в большей части пород за границей и в пределах СССР представляют весьма убедительные данные для замены алмазов воломитом.

Коронка бура с воломитовыми стержнями

Ниже приведена таблица сравнительных данных (по Гиммельфарбу) воломитового и алмазного бурений, произведенных при исследовании Курской магнитной аномалии, где было пробурено воломитом 382,9 м.

Сравнение воломитового и алмазного бурений

При определении стоимости бурения цена одного карата воломита была принята в 37,5 к. (1 швейцарский франк), а средняя цена карата алмазов карбонатов - в 69 р. 43 к.

Попытки применить воломит при проходке более твердых пород, как железорудные кварциты, оказались неудачными, так как воломит быстро зашлифовывался и проходки не давал. Что же касается указанных в таблице пород, то в отношении их можно констатировать, что: 1) скорость бурения воломитом в породах средней твердости либо равна скорости бурения алмазной коронкой либо немного меньше ее и 2) стоимость расходуемого воломита на 1 м проходки в 4—6 раз меньше стоимости соответственно расходуемых алмазов-карбонатов. По данным Рихтера, воломитовое бурение вдвое дешевле алмазного. В настоящее время можно сказать, что в 10 случаях из 100 воломит уже вытеснил алмаз при проходке глубоких скважин в породах соответствующего характера. Также успешно воломит конкурирует с алмазом в производстве проволок мелких калибров. Для этой цели воломит отливают в виде цилиндрических столбиков с углублениями в основаниях, где потом просверливают отверстие.

Приготовленные таким образом воломитовые фильеры заделываются в волочильные доски. Просверливание отверстий является длительной и сложной операцией. Производство механизировано путем применения точных сверлильных станков с большим числом оборотов. Немецкий завод Hartmetall изготовляет фильеры с отверстиями разных размеров обычно от 0,15 до 5 мм диаметра, а по особому заказу и больше. В отношении стойкости воломитовые фильеры превосходят стальные на 60—70%, но уступают алмазным. Карат воломитовых фильеров в 1927 г. стоил 1,5 марки, алмазных - около 100 марок. Воломит находит широкое применение в металлообрабатывающей промышленности. Уступая стали в отношении механической прочности (вязкости), воломит в значительной степени превосходит ее в твердости. Воломит тверд по самой своей природе и это свойство сохраняет почти до температуры размягчения; в то время как твердость быстрорежущей стали уменьшается при температуре 400—600°, воломита при температуре 800° и выше выявляет свои наилучшие свойства - твердость и вязкость увеличиваются. Это существеннейшее преимущество воломита перед сталью позволяет применять при работе воломитовыми резцами большие скорости резания и подвергать обработке металлы такого состава, которые до сего времени считались не поддающимися обработке, например сталь Гадфильда. Воломит применяется с успехом для обточки гранитных валков, для проточки широких отверстий в толстых стеклянных пластинках и т. п., т. е. там, где стальные резцы определенно не применяются. Обычно из воломита делают только режущие части резцов, которые навариваются к державкам. Применяется воломит также и как кислотоупорный сплав для изготовления ответственных частей насосов, вентилей, кранов, так как он обладает высоким сопротивлением коррозии при действии химических реагентов. Наконец, большое значение воломит может иметь в качестве предохранительных накладок на машинные части, подверженные сильному изнашиванию. Вволомит изготовляет в настоящее время германское акционерное общество «Твердый металл» (Hartmetall, Berlin); одновременно в Германии появился ряд сплавов: торан (W, Th, Cr, Fe, С), твердость по Мартенсу до 160, каедит (45% Со, 33% Сг, 15% W, 2% Fe, 3% С), акрид (38 % Со, 30% Сг, 16% W, 10% Ni, 4% Mo, 2% С), твердость по Мартенсу до 170, цельзит, перцит, твердый металл Вальтера и др. На Парижской выставке 1927 г. демонстрировался французским акционерным обществом Forges et acieries de la Sarre сплав мирамант, позволяющий обтачивать 12—14%-ную марганцевую сталь Гадфильда. Состав мираманта - гл. образом карбиды вольфрама и молибдена. В последнее время промышленность СССР занялась вопросом получения сплавов высокой твердости и вязкости. Так, трест «Редкие элементы» уже получил лабораторным путем образцы сплава «редэлемент», характеризующегося высокими механическими свойствами, а Институтом прикладной минералогии и металлургии приступлено к систематическому сравнительному изучению свойств твердых сплавов заграничного и союзного происхождения.

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.