Когда речь заходит о карбиде бора для основания крупногабаритного оборудования, многие сразу думают о бронеплитах или абразивах. Но в промышленности это совсем другая история — тут важны не столько прочностные характеристики, сколько стабильность геометрии и устойчивость к вибрациям. Я лет десять назад тоже заблуждался, пока не столкнулся с деформацией опорной плиты пресса весом под 20 тонн.
В 2018 году мы тестировали три материала для основания штамповочного пресса: карбид вольфрама, оксид алюминия и карбид бора. Первые два давали микротрещины после 3-4 месяцев работы — сказывались циклические нагрузки. А вот карбид бора показал себя иначе: при той же толщине 120 мм деформация не превышала 0.02 мм после года эксплуатации.
Ключевой момент — не просто взять любой карбид бора. Например, материал марки 'Хуангэн' от ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив имеет плотность 2.52 г/см3 с содержанием бора не менее 78%. Это критично для равномерного распределения нагрузки — мы проверяли на ультразвуковом дефектоскопе после прессовки.
Запомнился случай на металлургическом комбинате в Липецке: там поставили основание из карбида бора для прокатного стана в 2020 году. До этого каждые полгода меняли стальные плиты — выходили из строя по краям из-за термоударов. С карбидом бора работают уже три года, хотя изначально сомневались в хрупкости.
При производстве крупногабаритных оснований главная проблема — неоднородность спекания. Мы в 2016 году потеряли партию плит 1800×800 мм — появились внутренние полости. Оказалось, пресс-форма не обеспечивала равномерного давления по углам.
У китайских коллег из ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив технология интересная: они используют многоуровневое прессование с последующим изостатическим прессованием. На их производственной линии мощностью 2000 тонн делают плиты до 2.5 метров длиной — видел в цеху во время визита в 2019 году.
Важный момент — подготовка шихты. Если фракция порошка неоднородная, при термообработке возникают внутренние напряжения. Мы как-то пробовали экономить на калибровке — получили коробление на 3 мм по диагонали на плите 1500×1500 мм.
С монтажом оснований из карбида бора всегда морока — материал не терпит точечных нагрузок при установке. В Новокузнецке как-то сорвали резьбу в крепежных отверстиях — пришлось фрезеровать пазы и ставить дополнительные демпферы.
Тепловое расширение — отдельная тема. Коэффициент 4.5×10??/°C против 12×10??/°C у стали означает, что крепеж нужно подбирать особо. Мы обычно используем инконелевые шпильки с пружинными шайбами — стальные при нагреве рвут края отверстий.
Для тяжелого оборудования типа гидравлических прессов обязательно нужны демпфирующие прокладки. Полиуретан не подходит — через полгода теряет эластичность. Лучше всего показали себя композитные материалы на основе графита, но их толщину нужно рассчитывать индивидуально под каждую машину.
Да, первоначальные затраты высоки — квадратный метр основания из карбида бора обходится в 3-4 раза дороже стального. Но если считать полный цикл, включая простой оборудования при замене — выгода становится очевидной после 2-3 лет эксплуатации.
На примере того же ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив: их плиты служат до 15 лет против 2-3 лет у стальных аналогов. При этом не требуется периодическая шлифовка поверхности — сохраняется плоскостность в пределах 0.05 мм на метр.
Мы как-то просчитали для кузнечно-прессового цеха: замена стальных плит каждые 2 года против карбидоборных на 10 лет дала экономию около 40% с учетом монтажных работ и простоев.
Сейчас пробуем комбинированные конструкции — стальная основа с карбидоборными вставками в зонах максимальной нагрузки. Для оборудования весом свыше 50 тонн это пока единственный вариант — цельные плиты из карбида бора таких размеров экономически нецелесообразны.
Интересное направление — добавление карбида кремния в состав. Китайские производители, включая ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив, экспериментируют с этим — улучшаются демпфирующие свойства, правда, немного страдает твердость.
Главное ограничение — все же хрупкость при ударных нагрузках. Для молотовых установок карбид бора не подходит категорически — проверено на горьком опыте в 2017 году. Пришлось переходить на карбид вольфрама с армированием, хотя он тяжелее и дороже.
При заказе оснований для крупногабаритного оборудования всегда требуйте протоколы ультразвукового контроля — визуальный осмотр ничего не даст. Мы как-то приняли партию с внутренними трещинами — производитель сэкономил на отжиге.
Обязателен паспорт на материал — с указанием не только химического состава, но и условий спекания. У ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив, кстати, с документацией порядок — сразу видно серьезного производителя.
При монтаже не экономьте на крепеже — лучше взпить инконель, чем потом переделывать основание. И обязательно оставлять тепловые зазоры — мы обычно рассчитываем 1.5 мм на метр при рабочей температуре до 200°C.
