RU2211330C1 - Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов - Google Patents

Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов Download PDF

Info

Publication number
RU2211330C1
RU2211330C1 RU2002103348/03A RU2002103348A RU2211330C1 RU 2211330 C1 RU2211330 C1 RU 2211330C1 RU 2002103348/03 A RU2002103348/03 A RU 2002103348/03A RU 2002103348 A RU2002103348 A RU 2002103348A RU 2211330 C1 RU2211330 C1 RU 2211330C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composite material
cobalt
nickel
content
mineral
Prior art date
Application number
RU2002103348/03A
Other languages
English (en)
Inventor
Г.И. Бешенков
ной А.С. Вод
А.С. Водяной
С.В. Трифонов
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "ПИГМА-Гранд"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "ПИГМА-Гранд" filed Critical Закрытое акционерное общество "ПИГМА-Гранд"
Priority to RU2002103348/03A priority Critical patent/RU2211330C1/ru
Priority to PCT/RU2003/000036 priority patent/WO2003069121A1/ru
Priority to AU2003211784A priority patent/AU2003211784A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2211330C1 publication Critical patent/RU2211330C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C35/00Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/18Mining picks; Holders therefor
    • E21C35/183Mining picks; Holders therefor with inserts or layers of wear-resisting material
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C35/00Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/18Mining picks; Holders therefor
    • E21C35/183Mining picks; Holders therefor with inserts or layers of wear-resisting material
    • E21C35/1835Chemical composition or specific material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к инструментам для разрушения минеральных и искусственных материалов, и может быть использовано в рабочих органах добычных и проходческих комбайнов при добыче полезных ископаемых и образовании выработок в грунте, а также в рабочих органах строительно-дорожных машин при строительстве и ремонте дорог, аэродромов и других промышленных объектов. Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов включает корпус и закрепленный на корпусе разрушающий элемент из композитного материала. Композитный материал содержит карбид вольфрама и связующее вещество, включающее кобальт и никель. Весовой процент содержания кобальта в композитном материале составляет не более (135,67-1,50 Y) или не менее (159,83-1,75 Y), где Y - твердость композитного материала по шкале твердости А по Роквеллу. Повышается долговечность и надежность работы долота. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к инструментам для разрушения минеральных и искусственных материалов, и может быть использовано в рабочих органах добычных и проходческих комбайнов при добыче полезных ископаемых и образовании выработок в грунте, а также в рабочих органах строительно-дорожных машин при строительстве и ремонте дорог, аэродромов и других промышленных объектов.
Известен породоразрушающий инструмент для горных машин, который содержит корпус и закрепленный на корпусе разрушающий элемент. Разрушающий элемент выполнен из твердого сплава, который содержит карбид вольфрама и кобальт (см. , например, Глатман Л.Б. и др. Инструмент очистных и проходческих комбайнов (Горное и нефтепромысловое машиностроение, т.5. Итоги науки и техники. - М.: ВИНИТИ АН СССР, 1978, с.86-88).
В процессе эксплуатации инструмент входит в принудительный контакт с разрушаемым материалом для разрушения и удаления последнего. Разрушающий элемент, входящий во взаимодействие с разрушаемым материалом, подвержен абразивному воздействию, ударным нагрузкам и термическим усталостным напряжениям. По этой причине разрушающий элемент должен быть прочным и износостойким, поскольку он определяет в основном срок службы устройства в целом. К недостаткам известного устройства можно отнести необходимость использования в инструменте различного разрушающего элемента, изготовленного из соответствующего сплава, для эффективного разрушения материала, имеющего различные физико-механические характеристики. При этом следует отметить, что разрушающий элемент является одной из дорогостоящих частей устройства, в том числе и из-за использования дорогого кобальта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов, которое содержит корпус и закрепленный на корпусе разрушающий элемент из композитного материала. Композитный материал содержит крупнозернистый карбид вольфрама и связующее вещество, включающее кобальт (см., например, заявку ЕП ведомства 0288775, кл. Е 21 С 35/18, опубл. 02.11.88).
Известное устройство частично устраняет недостатки описанного выше аналога. Это осуществляется за счет выбора определенного оптимального содержания кобальта в композитном материале, который производят в зависимости от твердости последнего, что позволяет обеспечить оптимальную износостойкость разрушающего элемента при разрушении материалов с различными физико-механическими характеристиками. При этом некоторое снижение содержания кобальта в композитном материале уменьшает стоимость устройства. Однако повышение износостойкости разрушающего элемента за счет снижения процентного содержания кобальта в композитном материале приводит к снижению другой немаловажной его характеристики - ударной вязкости, которая существенно влияет на срок службы инструмента. Таким образом, к недостаткам известного устройства можно отнести снижение срока службы инструмента при разрушении материалов, содержащих твердые включения, то есть неоднородных по составу, обусловленное снижением ударной вязкости композитного материала, из которого изготавливают разрушающий элемент.
Изобретение направлено на решение задачи по созданию такого устройства для разрушения минеральных и искусственных материалов, которое обеспечивало бы повышение срока его службы при разрушении содержащих твердые включения материалов при одновременном снижении стоимости устройства за счет снижения содержания дорогостоящего кобальта в композитном материале. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в повышении ударной вязкости композитного материала, из которого изготовлен разрушающий элемент устройства, при одновременном сохранении на заданном уровне его износостойкости.
Из уровня развития науки и техники известно использование композиционного материала, который содержит карбид вольфрама и связующее вещество, включающее кобальт и никель (см., например, патент России 2032524, кл. С 22 С 29/00, опубл. 10.04.95). Известность использования такого композитного материала не порочит настоящего изобретения. Выбор определенного весового процента содержания кобальта в композитном материале в зависимости от твердости последнего при наличии содержания никеля в композитном материале позволяет получить указанный выше технический результат, заключающийся в оптимальном соотношении между ударной вязкостью и износостойкостью устройства при разрушении им минеральных и искусственных материалов, содержащих твердые включения.
Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для разрушения минеральных и искусственных материалов, которое включает корпус и закрепленный на корпусе разрушающий элемент из композитного материала, содержащего карбид вольфрама и связующее вещество, включающее кобальт, связующее вещество дополнительно содержит никель, при этом весовой процент содержания кобальта в композитном материале составляет не более (135,67 - 1,50 Y) или не менее (159,83 - 1,75 Y), где Y - твердость композитного материала по шкале твердости А по Роквеллу.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что весовой процент (X2) содержания никеля в композитном материале определяется из условия:
X2<(A-Y)/K1-X1,
где А = 94,0 эмпирическая константа; K1 = 0,57÷0,67 - эмпирический коэффициент; X1 - весовой процент содержания кобальта в композитном материале.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что суммарный весовой процент содержания кобальта и никеля в композитном материале не превышает 20,0.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов и на фиг.2 график зависимости между твердостью по шкале твердости А по Роквеллу и процентным по весу содержанием кобальта в композитном материале.
Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов включает корпус 1. Корпус 1 может иметь форму тела вращения (фиг. 1) при использовании, например, на горных или строительно-дорожных машинах или любую другую геометрическую форму (на чертежах не изображено) при использовании, например, на снегоочистителях или землеройных машинах. Корпус 1 может быть изготовлен преимущественно из стали и иметь державку 2. Державка 2 с помощью разъемного или неразъемного соединения закреплена на держателе 3. В качестве такого соединения для закрепления державки 2 на держателе 3 может быть использовано, например, разрезное кольцо 4 из упругого материала. Держатель 3 закреплен на корпусе рабочего органа (на чертежах не изображен) соответствующей горной или строительно-дорожной машины с помощью разъемного или неразъемного соединения. Устройство включает закрепленный на корпусе 1 разрушающий элемент 5. Разрушающий элемент 5 может иметь любую геометрическую форму в зависимости от области применения устройства. Например, при применении на резце горной или строительно-дорожной машины разрушающий элемент 5 имеет форму тела вращения, а при применении на отвале плужного снегоочистителя форму призмы (на чертежах не изображено). Разрушающий элемент 5 может быть соединен с корпусом 1 с помощью любого известного неразъемного соединения, например, с помощью пайки или с помощью любого известного разъемного соединения, например винтового соединения. Разрушающий элемент 5 выполнен из композитного материала, который содержит карбид вольфрама (WC) и связующее вещество, которое включает кобальт (Со) и никель (Ni).
Эмпирически установлено, что весовой процент (X1) содержания кобальта (Со) в композитном материале должен составлять не более (135,67 - 1,50 Y) или не менее (159,83 -1,75 Y), где Y - твердость композитного материала по шкале твердости А по Роквеллу. Указанные зависимости между твердостью (Y) композитного материала и весовым процентом (X1) содержания кобальта (Со) в нем получены в результате математической обработки данных, полученных в результате проведенных испытаний. Значение (Y) твердости композитного материала по шкале твердости А по Роквеллу обычно выбирается из диапазона 82-90. Выбор указанного диапазона обусловлен требованиями, предъявляемыми к разрушающему элементу 5 устройства для разрушения минеральных и искусственных материалов. Полученные эмпирические зависимости между весовым содержанием (Х1) кобальта (Со) в композитном материале и твердостью (Y) композитного материала отображены на фиг. 2. Две прямые линии соответственно 6 и 7 ограничивают область значений весового содержания (X1) кобальта (Со) в композитном материале, которая должна быть исключена при определении значений весового содержания (X1) кобальта (Со) в зависимости от твердости (Y) композитного материала. Указанные выше зависимости получены опытным путем для композитного материала, связующее вещество которого содержит кобальт (Со) и никель (Ni). Таким образом, например, для получения композитного материала, который имеет заданные физические и механические характеристик и содержит карбид вольфрама (WC), кобальт (Со) и никель (Ni), при заданной твердости (Y) композитного материала, равной 86 единиц по шкале твердости А по Роквеллу, необходимо, чтобы содержание (X1) кобальта (Со) в композитном материале составляло бы более 9,33 вес.% или менее 6,67 вес.%. Общность между различными выбранными составами композитного материала заключается в том, что карбид вольфрама (WC) в каждом составе имеет достаточно крупный размер зерен, а сам композитный материал дополнительно содержит никель (Ni). Определение размера зерен карбида вольфрама (WC) не является предметом настоящего изобретения и, следовательно, для его характеристики достаточно понятие "крупный", так как наличие никеля (Ni) и определенное содержание (X1) кобальта (Со) по весу, а также твердость (Y) композитного материала служат достаточным основанием для специалистов в этой области для определения, каким должен быть размер зерен цементированного карбида вольфрама в композитном материале.
По одному из вариантов конструктивного выполнения устройства весовой процент (Х2) содержания никеля (Ni) в композитном материале может определяться из условия:
X2<(A-Y)/K1-X1,
где А = 94,0- эмпирическая константа; К1 = 0,57÷0,67 - эмпирический коэффициент; X1 - весовой процент содержания кобальта (Со) в композитном материале. Указанная выше математическая зависимость между твердостью (Y) композитного материала, весовым процентом (X1) содержания кобальта (Со) в композитном материале и весовым процентом (Х2) содержания никеля (Ni) в композитном материале получена в результате математической обработки данных, полученных эмпирическим путем.
Таким образом, например, для получения композитного материала, который обладает заданными физическими и механическими характеристиками и содержит карбид вольфрама (WC), кобальт (Со) и никель (Ni), при заданной твердости (Y) композитного материала, равной 83 единицы по шкале твердости А по Роквеллу и при заданном содержании (X1) кобальта (Со) в композитном материале, равном 10,0 весовых единиц, предпочтительно, чтобы содержание (Х2) никеля (Ni) в композитном материале составляло, например, 4,20 вес.%.
По одному из вариантов конструктивного выполнения устройства для разрушения минеральных и искусственных материалов предпочтительно, чтобы суммарный весовой процент содержания кобальта (Со) и никеля (Ni) в композитном материале не превышал 20,0 весовых единиц, то есть соблюдалось следующее условие: X1 + X2≤ 20,0.
Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов работает следующим образом.
В соответствии с изобретением разрушающий элемент 5 изготавливают из композитного материала, содержащего карбид вольфрама (WC) с крупным размером зерен и связующее вещество, включающее кобальт (Со) и никель (Ni). При этом весовые проценты (X1 и Х2)содержания соответственно кобальта (Со) и никеля (Ni) в композитном материале определяют по указанными выше математическими выражениям в зависимости от необходимой твердости (Y) композитного материала. Композитный материал изготавливают любым известным способом, например, сначала смешивают карбид вольфрама (WC), кобальт (Со) и никель (Ni) с добавляемыми связующими компонентами до образования порошка с подобранным гранулометрическим составом. Затем полученный порошок прессуют, придавая ему необходимую геометрическую форму, и спекают традиционным методом порошковой металлургии до получения разрушающего элемента 5. Затем разрушающий элемент 5 закрепляют на предварительно обработанном корпусе 1, например, с помощью пайки. Для монтажа устройства на рабочем органе горной или строительно-дорожной машины державку 2 корпуса 1 размещают в гнезде держателя 3 и закрепляют ее с помощью разрезного кольца 4, которое устанавливают в соответствующую проточку на державке 2. При принудительном перемещении рабочего органа в контакт с разрушаемым материалом вступает разрушающий элемент 5, который осуществляет разрушение материала. Хотя в качестве примера выше приведена конструкция резца для горных и строительно-дорожных машин, основные положения настоящего изобретения в равной степени применимы к рабочему инструменту и других машин, осуществляющих разрушение минеральных и искусственных материалов, например, к ножам плужных снегоочистителей, к ножам бульдозеров и автогрейдеров.
Включение в композитный материал никеля (Ni) при обеспечении определенного весового процента содержания кобальта (Со) в зависимости от твердости композиционного материала позволяет повысить ударную вязкость композиционного материала при одновременном сохранении его износостойкости на заданном уровне. Указанное обстоятельство обеспечивает повышение срока службы как разрушающего элемента, так и устройства в целом, особенно при разрушении минеральных и искусственных материалов, содержащих твердые включения. Кроме того, включение никеля (Ni) в качестве одного из компонентов связующего вещества позволяет снизить стоимость разрушающего элемента и, следовательно, всего устройства в целом, поскольку стоимость разрушающего элемента составляет значительную часть стоимости всего устройства. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что в композитном материале уменьшено содержание кобальта (Со), который является одним из наиболее дорогих компонентов композитного материала. Включение в композитный материал дополнительно никеля (Ni) не окажет существенного влияния на стоимость, поскольку его стоимость значительно ниже стоимости кобальта (Со).

Claims (3)

1. Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов, включающее корпус и закрепленный на корпусе разрушающий элемент из композитного материала, который содержит карбид вольфрама и связующее вещество, включающее кобальт, отличающееся тем, что связующее вещество дополнительно содержит никель, при этом весовой процент содержания кобальта в композитном материале составляет не более (135,67- 1,50 Y) или не менее (159,83 - 1,75 Y), где Y - твердость композитного материала по шкале твердости А по Роквеллу.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что весовой процент (Х2) содержания никеля в композитном материале определяется из условия
X2<(A-Y)/K1-X1,
где А = 94,0 - эмпирическая константа;
K1 = 0,57÷0,67 - эмпирический коэффициент;
X1 - весовой процент содержания кобальта в композитном материале.
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что суммарный весовой процент содержания кобальта и никеля в композитном материале не превышает 20,0.
RU2002103348/03A 2002-02-11 2002-02-11 Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов RU2211330C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002103348/03A RU2211330C1 (ru) 2002-02-11 2002-02-11 Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов
PCT/RU2003/000036 WO2003069121A1 (fr) 2002-02-11 2003-02-06 Tete de travail d'outil de coupe de materiaux mineraux et artificiels
AU2003211784A AU2003211784A1 (en) 2002-02-11 2003-02-06 The working head of a cutting tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002103348/03A RU2211330C1 (ru) 2002-02-11 2002-02-11 Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2211330C1 true RU2211330C1 (ru) 2003-08-27

Family

ID=27731049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002103348/03A RU2211330C1 (ru) 2002-02-11 2002-02-11 Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2003211784A1 (ru)
RU (1) RU2211330C1 (ru)
WO (1) WO2003069121A1 (ru)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4859543A (en) * 1987-04-28 1989-08-22 Kennametal Inc. Earth working tool having a working element fabricated from cemented tungsten carbide compositions with enhanced properties
DE428599T1 (de) * 1988-07-20 1991-11-07 Kennametal Inc., Latrobe, Pa. Schneidewerkzeug.
SE502931C2 (sv) * 1994-06-10 1996-02-26 Sandvik Ab Metod för tillverkning av pulver för WC-hårdmaterial
US5679445A (en) * 1994-12-23 1997-10-21 Kennametal Inc. Composite cermet articles and method of making
CA2203882C (en) * 1995-02-01 2002-12-24 Harold E. Kelley Matrix for a hard composite
US5948541A (en) * 1996-04-04 1999-09-07 Kennametal Inc. Boron and nitrogen containing coating and method for making

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003211784A1 (en) 2003-09-04
WO2003069121A1 (fr) 2003-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Amoun et al. Evaluation of tool wear in EPB tunneling of Tehran Metro, Line 7 Expansion
Vogt A review of rock cutting for underground mining: past, present, and future
US20040065484A1 (en) Diamond tip point-attack bit
US20040026983A1 (en) Monolithic point-attack bit
US8313153B2 (en) Rotatable cutting tool and tool holder assembly
JP2525639B2 (ja) 鉱山建設用工具
Dogruoz et al. An experimental study of cutting performances of worn picks
Plinninger et al. Prediction and classification of tool wear in drill and blast tunnelling
RU2211330C1 (ru) Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов
Kostić et al. Optimization of coal overburden excavation considering variable geomechanical properties and states of excavator teeth
Mellor Mechanics of Cutting and Boring: Dynamics and energetics of parallel motion tools
Moosazadeh et al. Effects of mixed-ground condition on tool life and cutterhead maintenance of tunnel boring machines
Mellor Mechanics of cutting and boring: part IV, dynamics and energetics of parallel motion tools
Röttger et al. Abrasion in tunneling and mining
Cortie, MB, McEwan, JJ & Enright Materials selection in the mining industry: Old issues and new challenges
Pickering, RGB* & Ebner Hard rock cutting and the development of a continuous mining machine for narrow platinum reefs
Saeidi1a et al. Wear Assessment of the WC/CO cemented carbidetricone drillbits in an open pit mine
Macias et al. On the definition and classification of mixed face conditions (MFC) in hard rock TBM tunnelling
Bruland Hard rock tunnel boring—the boring process
US9033424B2 (en) Wear resistant cutting tool
Bhushan Tribology of Earthmoving, Mining, and Minerals Processing
Bagherpour Technical and economical optimization of surface mining processes: development of a data base and a program structure for the computer based selection and dimensioning of equipment in surface mining operations
Imhoff et al. Review of tribological sinks in six major industries
Egleston Copper Mining in Lake Superior....
JPH1181369A (ja) 地中連続壁用掘削装置および地中連続壁用掘削装置カッタービット

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050212