1.Состав і механічні властивості
Приклад розшифровки сплаву Т5К10: 5% TiC + 10% Co + 85% WC.
Поява твердих сплавів дозволило не тільки підвищити швидкості різання за рахунок їх більш високою теплостойкости в порівнянні з швидкорізальними сталями (швидкість різання твердосплавним інструментом в 5-10 разів вище, ніж для інструменту зі швидкорізальної сталі), а й помітно збільшити період стійкості інструменту, оскільки твердими сплави названі саме за їх здатність протистояти зносу. Однак, як раніше, так і нині існують певні обмеження на застосування цих матеріалів для ріжучого інструменту. Пояснюється це основні властивості твердих сплавів.
Під твердими сплавами розуміють сплави на основі високотвердих і тугоплавких карбідів вольфраму, титану, танталу, з'єднаних металевою зв'язкою, як правило, кобальтом. Тверді сплави є металокерамічними, т. К. Карбіди перерахованих металів в силу своїх будови і властивостей не можна віднести до речовин, які ми звикли вважати металом.
Такі матеріали мають високу твердість HRA 80-92 (HRCЕ 73-76), зносостійкість і високу теплостійкість (до 800-1000 ° С). За своїми експлуатаційними властивостями вони перевершують інструменти з інструментальних сталей. Однак перераховані достоїнства одночасно є і їх недоліками. Висока твердість істотно ускладнює обробку сплавів, тому виникають труднощі з виготовленням фасонних деталей (різальних крайок). Крім того, висока твердість матеріалу пов'язана з низькою міцністю на вигин і підвищеною крихкістю. За цими характеристиками тверді сплави поступаються сталям.
Властивості твердих сплавів і, отже, області їх застосування залежать від складу і зернистості карбідної фази (WC, TiC, TaC), а також співвідношення карбідної і зв'язує фаз. Регулюванням цих факторів можна в певних межах змінювати властивості сплавів.
Класифікація твердих сплавів
Металокерамічні тверді сплави підрозділяються на три групи:
II. Двухкарбідние (WС + ТІС + З) титано-вольфрамові сплави типу ТК (Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4, Т5К12В), що представляють з'єднання карбідів вольфраму і титану, зцементованих кобальтом. Ці сплави менш міцні, ніж сплави типу ВК, але вони мають більш високу зносостійкість при обробці деталей з різних видів стали.
У порівнянні зі сплавами групи ВК вони мають підвищену в'язкість.
III. Трехкарбідние сплави системи (WС + ТІС + ТаС + З). Наприклад, сплав Т7К12 має склад: 81% WС + 7% (3% ТаС + 4% ТІС) + 12% Со. Трехкарбідние сплави мають підвищену зносостійкість, в'язкість, добре пручаються вібрацій.
Сплави першої групи мають найбільшу міцність, але і більш низьку твердість, ніж сплави інших груп. Вони теплостойки до 800 ° С. Підвищена зносостійкість і опірність ударам сплавів групи ВК робить з привабливими для обробки деревини.
Сплави другої групи мають більш високу теплостійкість (до 900-1000 ° С) і твердість. Це пов'язано з тим, що карбід вольфраму частково розчиняється в карбіду титану при температурі спікання з утворенням твердого розчину (Ti, W) С, що має більш високу твердість, ніж WC. Структура карбідної фази залежить від співвідношення WC і TiC в шихті. У сплаві Т30К4 утворюється одна карбідна фаза - твердий розчин (Ti, W) С, який надає сплаву максимальну твердість (HRA 92), але знижену міцність. В інших сплавах цієї групи кількість WC перевищує розчинність в TiС, тому карбіди вольфраму в них присутні у вигляді надлишкових частинок.
У сплавах третьої групи структура карбідної основи являє собою твердий розчин (Ti, Та, W) С і надлишок WC. Сплави цієї групи відрізняються від попередньої більшою міцністю, кращою опірністю вібрацій і викришування.
Загальним недоліком розглянутих сплавів, крім високої крихкості, є підвищена дефіцитність вихідного вольфрамового сировини - основного компонента, що визначає їх підвищені фізико-механічні характеристики. Тому перспективно напрямок використання безвольфрамових твердих сплавів. Добре себе зарекомендували сплави, в яких в якості основи використовується карбід титану, а в якості зв'язки - нікель і молібден. Вони маркуються буквами КТС і ТН. Тверді сплави КТС-1 і КТС-2 містять 15-17% Ni і 7-9% Mo відповідно, решта - карбід титану. У твердих сплавах типу ТН-20, ТН-25, ТН-30 в якості сполучного металу застосовують в основному нікель в кількості 16-30%. Концентрація молібдену становить 5-9%, решта - також карбід титану.
Твердість подібних твердих сплавів становить 87-94 HRA, сплави мають високу зносо- і корозійну стійкість. Їх використовують для виготовлення ріжучого інструменту.
2. Коротко про технологію отримання
Порошок отримують різними способами. Назва порошку вказує на спосіб його отримання. Карбонільний порошок отримують термічним розкладанням карбонільних сполук металів; електролітичний - електролітичним з'єднанням з розчинів або розплавів солей; обложений порошок - хімічним осадженням; розпилений порошок - розпиленням розплавленого металу або сплаву; вихровий порошок - розломом металу в вихрових млинах.
Більшість порошків складається з гранул - частинок, що мають сфероїдальну форму, - гранульований порошок.
Вироби з порошку роблять у такий спосіб. Спочатку проводять формування. Для цього в приготований порошок вводять сполучний метал - це зв'язка між частинками основний тугоплавкой фази - і активизирующую добавку, яка прискорює подальший процес спікання. Щоб полегшити формування, вводять пластифікатор - пластичне речовина, що сприяє ущільненню і зміцненню формовок. У процесі формування заготівлях з порошку надають форму, розміри, щільність і механічну міцність, необхідні для подальшого виготовлення виробів. Зазвичай формування проводять пресуванням на механічних або гідравлічних пресах.
Спікання може відбуватися без утворення рідкої фази - твердофазної спікання, з утворенням рідкої фази - Жидкофазное спікання. В результаті виходить спечений матеріал або спечене виріб.
Спікання виробів проводять в різних печах (полум'яних, електричних) індукційним нагріванням - безпосереднім пропусканням електричного струму через спікається виріб. Для захисту поверхні виробу від окислення застосовують захисні атмосфери або вакуумні печі.
Щоб уникнути жолоблення виробу, спікання проводять з одночасним додатком тиску - спікання під тиском. Часто отримують вироби методом гарячого пресування - одночасне пресування і спікання порошків. Пресування проводять на механічних, гідравлічних або газостатичних пресах. Тиск і температуру вибирають, виходячи з властивостей порошків і призначення виробів.
Щоб підвищити міцність виробів, в порошки вводять спеціальний армуючий матеріал (зміцнюючі стрижні, волокна, дріт, сітку), а потім піддають спікання. В результаті отримують армований спечений матеріал.
3. Основні фізико-механічні властивості твердих сплавів