|
За последние годы разработаны
новые твердые сплавы, которые применяются не только для обработки резанием,
но и в качестве материалов, обладающих хорошей износостойкостью и высокой
коррозионной стойкостью. Эти сплавы можно разделить на три группы:
а) коррозионностойкие твердые сплавы;
б) окалиностойкие твердые сплавы;
в) термически обрабатываемые твердые сплавы.
Коррозионностойкие твердые сплавы
Основным карбидом современных коррозионностой- ких твердых
сплавов является дешевый легко получаемый карбид хрома
Сгз02(Схеор = 13,33%) можно получить, например,
карбидизацией смеси Сг203 и сажи в угольных трубчатых печах сопротивления при
1600° С или карбидизацией тонкого порошка электролитического хрома при 1400—
1500° С.
Получаемые таким способом карбиды содержат 13— 13,4% С общ
и 0,1-0,4% ССвоб.
О пригодности карбида хрома Сг7С3, твердых растворов хрома
и двойных карбидов хрома пока нельзя сделать окончательных выводов.
Твердые сплавы на основе карбида хрома, полученные при
обычном спекании обладают достаточной плотностью; практически же беспористые
сплавы получают горячим прессованием. Сплавы с никелевой связкой отличаются
высокой износостойкостью наряду с очень хорошей химической устойчивостью и
окалиностойкостью, Их рекомендуется применять для деталей, которые
одновременно с износом подвергаются действию коррозии. Однако необходимо
учитывать, что твердые сплавы на основе карбида хрома являются относительно
хрупкими при ударных нагрузках.
По данным Хиннюбера, свойства твердого сплава на основе
насыщенного углеродом
Сравнение химической устойчивости коррозионностойких
твердых сплавов и хромоникелевой стали 18/8 Cr—Ni
На 30 показана микроструктура сплава на основе карбида
хрома с 15% Ni. Относительно крупные карбидные кристаллы окружены никелевой
связкой, содержащей около 6% карбида хрома в твердом растворе. Так как под
действием кислоты растворяется только фаза связующего металла, а кристаллы
карбида хрома при этом не затрагиваются, устойчивость твердых сплавов на
основе карбида хрома снижается с увеличением содержания никеля.
По окалиностойкости твердые сплавы карбид хрома — никель
значительно превосходят сплавы WC—Со, но уступают сплавам, содержащим TiC.
Относительно небольшая вязкость и низкая термостойкость
исключают применение твердых сплавов на основе карбида хрома в качестве
высокотемпературных
материалов. Попытки частичной замены Сг3С2 карбидами
молибдена, вольфрама, титана и тантала, а также никеля—-кобальтом, медью,
железом или молибденом не привели к существенному улучшению свойств. Чешскими
учеными получены интересные данные о факторах, влияющих на рост зерна.
Представляющие в этом отношении интерес системы Сг3Сг—Со и
Сг3С2—Ni были подвергнуты Н. М. Зарубиным и Р. А. Трубниковым подробным
металлографическим исследованиям.
Имеется и другая возможность получения коррозион-
ностойких твердых сплавов: замена кобальта в сплавах WC—TiC—Со коррозионностойким
связующим сплавом. Так, например, применяя в качестве связки сплавы никель —
хром 80/20 или 70/30, получают твердые сплавы высокой стойкости и со
значительно более высоким пределом прочности при изгибе, чем сплавы карбид
хрома— никель. На практике применяют 6—20% (преимущественно 8—10%) связующего
сплава. При плотности 14,2 г/см3 такие твердые сплавы имеют твердость 1360
кГ/мм2, предел прочности при изгибе 130 кГ/мм2 и коэффициент линейного
расширения 5*10~в°С. Коррозионные свойства сплавов WC — Ni — Сг приведены в
табл. 15 в сравнении со сплавами карбид хрома — никель и WC—^Со и нержавеющей
сталью.
Фирма «Кеннаметал» разработала сплав на основе WC с
платиновой связкой, плотность которого составляет 15,1 г/сж3, твердость 91
HRA и предел прочности при изгибе около 88 кГ/мм2. Этот сплав исключительно
коррозионностойкий; он не разрушается при семидневном кипячении в азотной и
серной кислотах
Твердые сплавы с платиновой связкой, аналогично сплавам
WC—Со, обрабатываются только путем шлифования алмазными кругами или из
карбида кремния; качество полированной поверхности может быть очень высоким.
Твердые сплавы WC—Pt рекомендуется применять в
реакторостроении, где происходят сильные нейтронные излучения. В отличие от
кобальтовых изотопов период полураспада платиновых изотопов составляет
максимум 3—4 дня. По-видимому, для подобных областей применения пригодны
твердые сплавы с никелевыми и железными связками.
В тех случаях, когда коррозии или износу подвержена
связка, применяют фасонные изделия из сплава WC—ТаС без связующего металла
(или с небольшим содержанием): уплотняющие кольца в клапанах, шаровые
затворы, пресс-матрицы и т. п. Однако более высокая стойкость против коррозии
и износа достигается в результате снижения вязкости.
Окалиностойкие твердые сплавы
Свойства жаропрочных и окалиностойких твердых сплавов на
основе карбида титана приведены в главе V. В данном разделе приведены лишь
обобщающие данные для окалиностойких твердых сплавов па основе карбида
титана, имеющих ограниченную область применения
TiC является единственным карбидом, который в сочетании со
связующими металлами (никель, кобальт, хром) имеет не только высокие
стойкость против окисления и жаропрочность, но и удовлетворительную
термостойкость. Однако, несмотря на перспективность, твердые сплавы на основе
TiC пока не могут успешно кон
курировать с металлическими жаропрочными сплавами на
основе Ni—Со—Сг. Типичные составы окалиностоких TiC-твердых сплавов
промышленных марок 5*
Окалиностойкость различных карбидов (в частности, TiC)
подробно исследована Киффером и Кёльблем; отмечается благоприятное действие
связок Ni—Сг, Со—Сг и Ni—Со—Сг. Хиннюбер и Кинна провели систематическое
исследование механизма окисления твердых сплавов на основе TiC и влияния
добавок Сг3С2, ТаС и WC. На основании рентгенографических и микроскопических
исследований авторы полагают, что повышению окалиностойкости способствует
образование Сг203 или комплексных окислов Ti—Та—Со со структурой рутила.
Ударная вязкость сплавов на основе TiC выше, чем у
«керметов», но значительно ниже, чем у металлических сплавов; однако более
высокая длительная прочность допускает более высокую рабочую температуру
сплавов. Увеличивая содержание связующего металла, например, до 60—70% и
применяя соответствующие исходные материалы и методы изготовления, можно в
известных пределах повысить ударную вязкость, причем повышается также и
предел прочности при изгибе при комнатной температуре. При этом снижаются
длительная прочность и усталостная прочность
Несмотря на то что жаропрочные и окалиностойкие твердые
сплавы на основе TiC вследствие хрупкости непригодны для изготовления
турбинных лопаток, их с успехом применяют в тех случаях, когда требуются
материалы высокой жаропрочности, например для изготовления державок и
подложек в машинах для испытания прочности при высоких температурах, матриц
для горячего прессования, высокотемпературных клапанов и подшипников,
напорных резервуаров и т. п.
|