Когда слышишь про карбид бора для прецизионных применений, сразу всплывают цифры твёрдости по Виккерсу в 30-40 ГПа, но на практике важнее, как этот материал ведёт себя при фрезеровке микроканалов в форсунках. Многие технологи до сих пор путают его с карбидом кремния, хотя разница в абразивном износе при обработке жаропрочных сплавов достигает 300%.
В 2018 году мы столкнулись с парадоксом - немецкие станки с ЧПУ выдавали погрешность в 2.3 мкм при шлифовке подшипниковых сталей, хотя использовали карбид бора с декларированным размером частиц 5-7 мкм. Вскрытие показало, что проблема в фракционном составе: у китайского поставщика было 40% частиц мельче 3 мкм, что вызывало агрегацию. Именно тогда обратили внимание на продукцию ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив - у них гранулометрия жёстко контролируется на линии глубокой переработки.
Их технологи утверждают, что для прецизионной обработки критичен не средний размер частиц, а именно однородность распределения. При рутинной проверке на лазерном анализаторе частиц их марка 'Хуангэн' показала разброс всего ±1.2 мкм против ±2.8 мкм у конкурентов. Это напрямую влияет на ресурс алмазных шлифовальных головок - у нас он увеличился с 80 до 140 часов.
Кстати, их сайт https://www.cn-boroncarbide.ru содержит довольно детальные технические отчёты, что редкость для российского сегмента. В разделе 'Применение' есть конкретные кейсы по обработке керамических уплотнителей для авиационных двигателей.
При создании композитных инструментов мы долго не могли добиться стабильности при спекании карбида бора с металлическими связками. Классический никель-хромовый связуюший плавился раньше, чем формировалась прочная матрица. Опытным путём выяснили, что оптимально добавлять 12-15% молибдена, но это требует точного контроля температуры в печи - перегрев всего на 50°C приводит к выгоранию борной составляющей.
Интересно, что на производственной линии в 2000 тонн у Шимань Босэн Технолоджи используют многоступенчатый отжиг, что снижает внутренние напряжения в частицах. Это заметно по микрофотографиям - меньше трещин по границам зёрен. Хотя для прецизионных операций нам всё равно приходится делать дополнительную калибровку на своём оборудовании.
Заметил, что их инженеры всегда уточняют условия предварительного нагрева при обсуждении технических заданий. Видимо, наработан опыт с разными типами печей - от вакуумных до газонаполненных.
Когда рассматриваешь карбид бора для массового выпуска деталей ТПА, кажется, что высокая начальная стоимость неприемлема. Но наш анализ за 2022 год показал обратное: при обработке 1000 погонных метров полимерных экструдеров разница в стоимости инструмента составляла 1200 рублей, тогда как экономия на сокращении времени обработки давала 8400 рублей.
Особенно выгодно использовать материалы с маркировкой 'Хуангэн' для сложнопрофильных операций. Например, при фрезеровке спиральных канавок в червячных валах мы сократили количество переточек с 7 до 3 за счёт более стабильной абразивной крошки. Хотя здесь важно не переборщить с подачей - при превышении 0.8 мм/об начинается выкрашивание режущей кромки.
Коллеги с завода в Яньтае подтвердили, что после перехода на сырьё от ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив смогли увеличить межремонтный период шлифовальных станков с 6 до 9 месяцев. Видимо, сказывается минимальное содержание свободного бора в их продукции.
При обработке инконеля заметил интересный эффект - стандартный карбид бора давал приемлемые результаты до 600°C, но выше начиналось активное окисление частиц. После консультаций с технологами из Сычуани перешли на материал с легированием кремнием, что позволило работать до 850°C без потери режущих свойств.
Правда, пришлось модифицировать систему охлаждения - обычная эмульсия вызывала термоудар. Перешли на воздушно-масляный туман, хотя это увеличило затраты на 18%. Зато стабильность размеров деталей улучшилась на 0.8 мкм по совокупному отклонению.
В их лабораторных отчётах (доступны через https://www.cn-boroncarbide.ru) есть данные по адгезионному взаимодействию с различными сплавами. Особенно полезными оказались графики износа при разных скоростях резания - смогли оптимизировать режимы для обработки лопаток турбин.
Сейчас экспериментируем с нанопористыми модификациями карбида бора - теоретически это должно снижать температурные напряжения. Но на практике пока получается нестабильно: при содержании пор выше 15% резко падает прочность на изгиб. Возможно, стоит попробовать градиентные структуры, как в некоторых японских разработках.
Технические специалисты Шимань Босэн Технолоджи как-то упоминали, что ведут исследования в области гексагональных модификаций с контролируемой ориентацией кристаллов. Если это удастся внедрить в промышленных масштабах, можно будет говорить о принципиально новом уровне износостойкости.
Кстати, их производственные мощности в 3000 тонн на первом этапе и ещё 2000 тонн после глубокой переработки позволяют экспериментировать с малыми партиями специальных составов. Для нас это важно при разработке инструмента для обработки керамических матричных композитов.
За годы работы сформировал эмпирическое правило: если нужно обрабатывать твёрдые материалы с точностью до 5 мкм - берём стандартный карбид бора фракцией 10-15 мкм, для субмикронной точности лучше 3-5 мкм с дополнительной магнитной сепарацией. Шимань Босэн как раз предлагают оба варианта, причём с подробными протоколами испытаний.
Важный момент - условия хранения. Однажды испортили партию материала из-за повышенной влажности на складе. Теперь строго следим, чтобы влажность не превышала 45%, как рекомендуют производители. Кстати, на их сайте есть калькулятор расхода материала для разных операций - полезный инструмент для планирования закупок.
Из объективных недостатков - иногда возникают задержки с таможенным оформлением. Но техническое сопровождение на высоте: всегда готовы проконсультировать по режимам обработки, прислать дополнительные образцы для испытаний.
