Твердосплавные горные пуговицыТакже называемые твердосплавными кнопками или кнопками из карбида вольфрама, являются неотъемлемым компонентом горных машин и оборудования. Изготовленные из карбида вольфрама, эти высокопрочные износостойкие компоненты защищают буровые коронки и другие инструменты от истирания и ударных нагрузок во время сложных горных работ.
В этом руководстве представлен всеобъемлющий обзор твердосплавных горных кнопок: состав, свойства, стандарты производства, области применения в минеральном, металлическом, угольном и агрегатном секторах, мировые поставщики и стоимость. Технические сравнения позволяют сделать обоснованный выбор, а экспертный анализ дает инженерное представление об оптимизации работы кнопок в различных горных условиях.
Состав твердосплавных кнопок
Карбид вольфрама, часто обозначаемый химической формулой WC, является основным композитным материалом для твердосплавных кнопок. Он состоит из атомов вольфрама (W), легированных атомами углерода (C) с помощью методов порошковой металлургии - измельчения, прессования и высокотемпературного спекания.
Точная пропорция углерода определяет показатели твердости, вязкости и износостойкости. Общепринятые промышленные стандарты требуют содержания углерода 5,5-6,5% в карбиде вольфрама для горных кнопок.
| Элемент | Состав по массе % |
|---|---|
| Вольфрам (W) | 94 – 95% |
| Углерод (C) | 5.5 – 6.5% |
Таблица 1: Состав материала твердосплавной кнопки
Для придания определенных свойств, таких как устойчивость к эрозии или теплопроводность, в смесь добавляют небольшое количество других тугоплавких металлов:
- Карбид титана (TiC) Повышает химическую инертность, что очень важно для работы в условиях высокой абразивности и коррозии
- Карбид тантала (TaC) повышает пластичность и ударопрочность за счет снижения твердости
- Карбид ниобия (NbC) помогает контролировать размер зерна во время спекания
| Легирующий элемент | Диапазон композиций | Ключевая недвижимость улучшена |
|---|---|---|
| Карбид титана (TiC) | 0 – 8% | Коррозионная стойкость |
| Карбид тантала (TaC) | 0 – 6% | Жесткость |
| Карбид ниобия (NbC) | 0 – 5% | Износостойкость |
Свойства твердосплавных кнопок
Сочетание тугоплавких свойств вольфрама и упрочняющих свойств углерода позволяет получить уникальную смесь цементированного карбида с исключительными физическими свойствами, хорошо подходящую для высокопроизводительных горных работ.
| Недвижимость | Измерение |
|---|---|
| Плотность | 14,3 - 15,1 г/куб.см. |
| Прочность на сжатие | 5,5 - 6,1 ГПа |
| Твердость | 86 - 91 HRA |
| Вязкость разрушения | 9 - 15 МПа√м |
| Максимальная температура эксплуатации | 500°C |
| Теплопроводность | 60 - 90 Вт/мК |
| Коэффициент теплового расширения | 5,3 - 6,1 x 10-6 /K |
Твердость Цифры, приближающиеся к алмазу, делают твердый сплав чрезвычайно износостойким, способным выдерживать высокоабразивную обработку руды. Жесткость придает устойчивость к повреждениям при внезапных ударных нагрузках. Высокая температура Долговечность обеспечивает стабильную работу твердосплавных кнопок в горячих условиях эксплуатации при бурении или дроблении горных пород.
Тепловые характеристики становятся жизненно важными, когда пуговицы подвергаются многократным тепловым циклам, вызванным трением при взаимодействии с кувыркающимся материалом. Достаточная электропроводность предотвращает перегрев, а коэффициенты расширения минимизируют появление термических трещин.
Стандарты твердосплавных кнопок
Чтобы гарантировать, что марки имеют необходимые качественные характеристики для тяжелых условий добычи, твердосплавные кнопки производятся и тестируются в соответствии с приведенными ниже отраслевыми классификациями:
| Стандарт | Описание | Приложение |
|---|---|---|
| ISO 513:2004 | Технические характеристики карбида вольфрама | Основа для всех национальных и региональных стандартов |
| ASTM B777 | Анализ состава WC-Co | Ссылка на Северную Америку |
| GB/T 4861-2006 | китайский стандарт | Широко распространен на рынках Азии |
| IS 6475:1971 | Индийский стандарт | Кнопки для субконтинентальных покупателей |
| BS EN ISO 513:2019 | Британско-европейский стандарт | Все чаще используется наряду с ISO |
Они предписывают подмножества инструментальных материалов из карбида вольфрама (WC), которые подразделяются на P/M-классы (методы порошковой металлургии), различающиеся, прежде всего, содержанием кобальтовой (Co) связки и размером зерна, например:
Твердый сплав марки P/M-01 содержит средний размер зерна WC 1 мкм с процентом связующего Co < 6%
Операторы выбирают подходящую спецификацию для региональных закупок, гарантируя, что кнопки будут надежно выдерживать нагрузки при добыче.
Размеры твердосплавных кнопок
Твердосплавные кнопки для горных буров и дробильного оборудования имеют определенные размеры, измеряемые по объему, а не по габаритам. К распространенным размерам относятся:
- 16 мм3
- 20 мм3
- 25 мм3
- 32 мм3
Также предлагаются более крупные блочные пластины объемом 50 мм3 для работ с сильными ударными нагрузками, например, для подземного бурения твердых пород.
Значения размерности примерно равны:
- 16 мм3 = диаметр 4,5 мм x толщина 5,5 мм
- 32 мм3 = 6 мм диаметр x 6,5 мм толщина
Сверьтесь с каталогами производителей, чтобы определить точные размеры кнопок, соответствующие требуемым спецификациям. Подберите соответствующие диаметры хвостовиков сверл.
Степени твердосплавных кнопок
Марки твердых сплавов различаются в зависимости от доли ключевых улучшающих элементов в WC-матрице, предназначенных для улучшения определенных свойств, важных для конкретных характеристик породы и условий добычи.
| Класс | Описание | Улучшение свойств |
|---|---|---|
| C1/C2 | Чистый карбид вольфрама | Твердость и износостойкость |
| C3 | + Карбид титана | Высокая стойкость к истиранию и химическая инертность |
| C5 | + карбид тантала/ниобия | Более жесткие сорта для высоких ударных нагрузок |
| C6/C7 | Ингибиторы роста зерна | Устойчивость к тепловому удару |
| C8/C9 | Мелкозернистый < 1 мкм | Прочность и износостойкость |
Существует более сотни зарегистрированных марок WC для различных промышленных применений. Проконсультируйтесь с поставщиками, чтобы выбрать оптимальную марку для каждого места бурения на основе:
- Твердость горных пород: гранит, базальт, известняк
- Минеральный состав: кварц, силикаты
- Прочность на сжатие/растяжение
- Уровень абразивности: неабразивный, полуабразивный, высокоабразивный
- Уровень пыли и влажности
Соответствие марки твердого сплава реальным условиям эксплуатации обеспечивает экономичное бурение и максимальный срок службы кнопки.
Применение твердосплавных кнопок в горнодобывающей промышленности
Добыча полезных ископаемых открытым способом
Вращательные и ударные буры, оснащенные долотами из закаленной стали, поликристаллического алмазного компакта (PDC) или трехшарошечными долотами с твердосплавными вставками, проникают сквозь вскрышные породы для доступа к залегающим месторождениям полезных ископаемых. Твердосплавные кнопки в коронках долот также способствуют механическому дроблению породы, повышая пропускную способность дробилки.
На некоторых открытых горных фабриках используются системы полуавтогенного измельчения (SAG), содержащие большие размольные барабаны из сплава или стали с внутренними шипами и цементированными твердосплавными кнопками. Когда шлам заполняет вращающуюся камеру, твердые породы, бурно перемешивающиеся внутри, превращаются в мелкие частицы благодаря стратегическому расположению твердосплавных кнопок на стенках барабана.
Подземная добыча
Тоннелепроходческие машины (ТБМ), предназначенные для подземной проходки, оснащены дисковыми резцами, состоящими из вращающихся стальных колец или долот, усиленных прямоугольными цементированными твердосплавными пластинами. Твердый сплав ударяет и скалывает поверхность тоннеля с огромной точечной нагрузкой, одновременно обеспечивая защиту корпуса резца от износа.
Ножницы для длинных лав, разрезающие уголь в узких подземных галереях, используют резцы с кнопочным наконечником из карбида вольфрама для непрерывной выемки длинных пластов. Интенсивное трение и температура быстро разрушают открытые стальные поверхности. Твердосплавные вставки ограничивают износ жизненно важных резцов.
Кнопка для добычи твердого сплава Поставщики
Китай, Индия и США являются основными производителями компонентов из цементированного карбида. Основные производители и OEM-поставщики твердосплавных кнопочных вставок включают:
Китай
- ZhuZhou JingGang Cemented Carbide Co.
- Zhuzhou Better Tungsten Carbide Co.
- Zhuzhou Kelite Tungsten Carbide Co.
- Чэндуский научно-исследовательский институт инструментов
Индия
- Твердосплавные инструменты Modi
- Волжский абразивный завод
- Мидас Минмет
Соединенные Штаты
- Кнопки из карбида Rockmore
- CR Industries
- Западная буровая оснастка
Многие также продают товары через интернет-магазины на таких платформах, как Alibaba и Made-in-China. Посредники предлагают пробные образцы небольших партий перед оптовыми заказами.
Стоимость твердосплавных кнопочных вставок
Твердосплавные горные пуговицы приблизительно стоимость USD 5 - 9 на основе:
- Размер: большие кнопки 32 мм3 почти вдвое дороже, чем маленькие 16 мм3.
- Марка: премиальная износостойкая марка C3 10-15% стоит дороже, чем базовая марка C1
- Количество заказов: при оптовых заказах свыше 5000 штук действуют скидки
- Региональные тарифы: Цены на твердый сплав в Китае остаются очень конкурентоспособными по сравнению с американскими и европейскими поставщиками
| Параметр | Диапазон цен (USD за штуку) |
|---|---|
| По размеру → | |
| 16 мм3 | 4.0 - 6.0 |
| 20 мм3 | 5.5 - 8.0 |
| 25 мм3 | 6.0 - 9.0 |
| 32 мм3 | 7.5 - 12.0 |
| 50 мм3 | 13.0 - 18.0 |
| По классам → | |
| C1/C2 | 5.0 - 7.0 |
| C3 | 6.5 - 9.0 |
| C5 | 7.0 - 10.0 |
| По заказу Количество → | |
| < 1000 штук | 8.0 - 15.0 |
| 1000 - 5000 шт. | 6.0 - 10.0 |
| > 5000 шт. | 4.0 - 8.0 |
Таблица 6: Твердосплавная горная кнопка ценовые сметы
Плюсы и минусы твердосплавных кнопок
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Чрезвычайная твердость противостоит абразивному износу | Уязвимы к химической коррозии |
| Контакт металла с породой сводит к минимуму перегрев сверла | Хрупкость чревата разрывами и трещинами |
| Высокая прочность на сжатие выдерживает большие нагрузки | Высокое содержание вольфрама увеличивает производственные затраты |
| Существует несколько вариантов уклона для различных условий | Немного более низкий температурный предел по сравнению с другими суперсплавами |
| Перерабатываемый состав с помощью порошковой обработки | В отличие от роликовых конических вставок, стандартные промышленные размеры отсутствуют |
Таблица 7: Сравнение преимуществ и недостатков твердосплавных кнопок
Советы экспертов по максимальному увеличению производительности твердосплавных кнопок
Ветераны горной промышленности, инженеры и операторы буровых установок предоставляют передовой опыт по оптимизации применения твердосплавных кнопок в полевых условиях:
Избегайте внезапных перегрузок при сверлении
Постепенно вдавливайте кнопки в твердую породу, чтобы избежать немедленного образования трещин под действием напряжения, приводящих к преждевременному износу при обнажении основной стали. Дайте ударным молоткам или роликовым конусным зубьям с твердосплавными кнопками мягко прорезать поверхность породы, прежде чем увеличивать давление вдавливания.
Выбор кнопок в зависимости от буримости породы
Для более мягких осадочных пород, таких как бурый уголь и известняк, требуется только базовая марка карбида C1 для минимизации затрат. Более твердые магматические/метаморфические породы с высоким содержанием кремнезема/кварца требуют применения сверхмелкозернистых твердых сплавов премиум-класса с включениями карбидов титана и ниобия, повышающих износостойкость.
Используйте большие кнопки только в случае необходимости
Вставки большего диаметра, несомненно, демонстрируют лучшую ударопрочность по сравнению с меньшими типами. Однако более высокая цена за штуку имеет экономический смысл только в условиях высокой абразивности, которая приводит к быстрому износу маленьких кнопок, обнажая стальную матрицу. Вместо произвольного увеличения размера твердого сплава необходимо его соответствующим образом классифицировать.
Предварительный нагрев в экстремально холодных условиях
Фрикционный нагрев от взаимодействия абразива с горными породами в некоторой степени компенсирует низкие температуры в таких регионах, как Аляска или Скандинавия. Тем не менее, специалисты рекомендуют проводить щадящий предварительный прогрев с помощью пропановых горелок в течение нескольких минут перед тем, как задействовать долота на очень высоких оборотах, чтобы свести к минимуму возможность образования трещин от теплового удара.
Регулярная очистка для предотвращения засорения
Пыль, смешанная с водой, образует абразивную суспензию, которая застревает между кромками кнопок, заполняя зазоры в головках долот. Регулярная ручная очистка или промывка струей воздуха высокого давления предотвращает засорение, обеспечивая беспрепятственную передачу ударных нагрузок и охлаждающих жидкостей через буровые долота.
Повторное использование, несмотря на небольшой износ В идеале заменяйте кнопки, когда износ достигает глубины 0,5 мм. Однако, учитывая их высокую цену, операторы используют вставки повторно, несмотря на износ в 1 мм, пока общий диаметр не уменьшится на 2 мм. Такое длительное использование возможно только в стабильных однородных породах. В противном случае буримость породы сильно ухудшается.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
В: Почему твердый сплав для горных кнопок лучше других материалов?
- Твердый сплав обладает идеальным сочетанием твердости, близкой к алмазной, и металлической прочности, необходимой для обеспечения целостности сверла при длительном использовании в тяжелых отраслях промышленности, таких как горнодобывающая. Керамика, такая как нитрид кремния, обладает более высокой твердостью, но имеет тенденцию быть хрупкой. Нержавеющая сталь обеспечивает прочность в ущерб прочности.
В: Что приводит к износу твердосплавных кнопок?
- Абразивное воздействие частиц кремнезема/кварца в горных породах стирает связующий кобальт, обнажая пористую матрицу карбида вольфрама, которая ускоряет износ. Высокие температуры еще больше размягчают кобальт. Ударная нагрузка в конечном итоге приводит к образованию трещин, инициирующих поломку.
Вопрос: Как проверить качество оригинальной твердосплавной кнопки?
- Для обеспечения гарантированного качества материала рекомендуется приобретать пуговицы непосредственно у брендовых производителей. Для сторонних производителей проверьте микроструктуру на наличие мелких однородных зерен WC под электронным микроскопом. Затем используйте индентирование по Роквеллу, чтобы убедиться, что показатели твердости находятся в пределах ожидаемого диапазона для заявленного класса карбида. Эти проверки подтверждают соблюдение минимальных стандартов качества.
В: Что такое обновляемые твердосплавные насадки?
- Специальные сверла, в которых свободные пуговицы сидят, утоплены в поперечных отверстиях стальной матрицы. По мере того как открытые кнопки стираются в процессе эксплуатации, вращение открывает новые кнопки. Такое обновление сокращает время простоя, связанное с заменой всего долота. Однако свободное перемещение кнопок чревато неравномерным износом. Цена также остается более высокой.
В: Можно ли повторно использовать изношенные твердосплавные кнопки?
- Да, переработка допускает повторное использование. Изношенные вставки, содержащие углерод не менее 30%, подвергаются методам растворения с выделением промежуточных продуктов вольфрама, таких как APT/ADT, для получения порошков, а сам вольфрам уменьшается и науглероживается, превращаясь в свежее сырье цементированного карбида для производства новых кнопок по методу порошковой металлургии.
Вопрос: Различаются ли марки твердых сплавов в разных отраслях горнодобывающей промышленности?
- Уголь мягче, чем металлические шахты, которые сами бурят менее абразивные руды, чем неметаллические минералы или заполнители карьеров. Поэтому для угля достаточно базовых марок с кобальтовым связующим 6%, таких как C1 или C2, обычно устанавливаемых в барабанах комбайнов, в то время как для карьерных работ необходимы сверхтонкие марки, усиленные титаном и ниобием, такие как C8 или C9.
