|
|
Для уменьшения износа
металлического материала и регулирования его с помощью легирующих добавок
нужно выявить те отдельные факторы, которые влияют на ход процесса износа.
Необходимо, однако, принять во внимание, что процесс износа
металлокерамических твердых сплавов на основе карбидов металлов,
изготовленных путем спекания с обусловленными этим особенностями структуры,
часто протекает иначе, чем у остальных металлических материалов.
К заметно влияющим на стойкость твердых материалов и
твердых сплавов факторам относятся: твердость, предел прочности при изгибе,
предел прочности при сжатии, жаропрочность и структура, а в ряде случаев
также коррозионная устойчивость и окалиностойкость Развитие режущих
материалов от углеродистых сталей (быстрорежущие стали и стеллиты занимают
промежуточное положение) до современных металлокерамических твердых сплавов,
высокая износостойкость которых по сравнению со сталями связана с большим
содержанием карбидов вольфрама, титана, тантала, ванадия и т. д., происходило
с учетом знания перечисленных факторов.
Поскольку износ материала в значительной мере зависит от
его твердости, прежде всего требовалось тщательно изучить именно этот фактор.
Дать объяснение понятию «твердость» очень трудно. Обычно твердость определяют
как свойство материала, связанное с сопротивлением проникновению другого тела
или деформации, резанию, царапанию, истиранию.
Другие особенности проблемы твердости освещены в работах.
К наиболее широко применяемым способам испытания твердых
сплавов на твердость относятся способы вдавливания алмазного конуса (Роквелл)
и алмазной пирамиды (Виккерс). При применении этих способов необходимо
учитывать, что все литые и спеченные ме- таллоподобные материалы, а
следовательно, и метал- локерамические твердые сплавы состоят из массы
однородных или разнородных кристаллов. При определении макротвердости
обычными методами охватывается слишком большое количество кристаллов (в
случае мелкодисперсных твердых сплавов свыше тысячи). Таким образом, испытание
на макротвердость дает только среднюю величину твердости материала. В связи с
этим для сплавов с гетерогенной структурой, например подшипниковых сплавов,
быстрорежущих сталей с высоким содержанием карбидов и металлокерамических
твердых сплавов, по макротвердости нельзя получить ясного представления об
отдельных компонентах структуры. Лишь с помощью созданных в последнее время
приборов для определения макротвердости удалось определить твердость отдельных
компонентов структуры; Для определения твердости отдельных компонентов можно
использовать также и метод Бирнбаума. Данные по зависимости между
макротвердостью, микротвердостью, микротвердостью царапанием (по Бирнбауму) и
классическими величинами твердости минералов по шкале Мооса. Значительное
влияние на износ режущих твердых сплавов в процессе резания и твердосплавных
волок при горячем волочении проволоки оказывает также горячая твердость. О
горячей твердости сплавов типа WC—Со и типа WC—TiC—Со уже упоминалось выше. С
увеличением содержания кобальта горячая твердость понижается, а добавление
TiC несколько повышает ее. О большом влиянии, которое оказывает горячая твердость
на износ твердосплавных резцов при резании, см. ниже (см. также данные по
режущей керамике на основе окиси алюминия).
Если бы твердость, например, алмаза, корунда, карбида
кремния, карбида бора и тугоплавких карбидов металлов типа карбидов вольфрама
и титана была единственным фактором, определяющим их износостойкость, то эти
твердые материалы сами по себе были бы пригодны в качестве материалов для
резания, для волок а также для вращательного и ударного бурения. Это, однако,
бывает лишь в ограниченных случаях, причем лишь при тех рабочих процессах,
когда от материала не требуется большой механической прочности. Алмаз при
чистовом точении и шлифовании, т. е. при низких усилиях резания и небольшом
сечении стружки, во много раз превосходит твердые сплавы. При черновом же
точении, т.е. при'высоких усилиях резания, большом сечении стружки и при
прерывистом резании он совершенно непригоден. В волоках для чистового
волочения алмаз превосходит все остальные материалы. Однако при больших
диаметрах волок он не выдерживает высокого давления на поверхность и легко
раскалывается. Алмаз хорошо подходит для вращательного бурения породы, но для
ударного бурения менее пригоден, чем металлокерамические твердые сплавы.
Карбид бора не пригоден для обдирочной обработки резанием и для волочения
из-за низкой прочности. В качестве материала для сопел пескоструйных
аппаратов карбид бора превосходит (в тех случаях, когда сопла работают при
умеренном давлении) все остальные материалы, в том числе в пять раз — более
прочные твердые сплавы.
Таким образом, в большинстве случаев, когда требуется
износостойкость, необходимо, кроме того, принимать во внимание в качестве
решающих факторов предел прочности при сжатии, предел прочности при изгибе, а
также жаропрочность материала. Очень твердые алмаз и карбид бора обладают в
то же время относительно низкими прочностными характеристиками. Зинтеркорунд
и литой карбид вольфрама близко подходят друг к другу по своим механическим
свойствам. По пределу прочности при изгибе и при сжатии металлоке- рамические
твердые сплавы частично превосходят некоторые лучшие марки сталей. С
увеличением содержания кобальта предел прочности при изгибе твердых сплавов
возрастает при одновременном уменьшении твердости; это видно также из
сопоставления с литым и спеченным чистым карбидом вольфрама.
Жаропрочность металлокерамических твердых сплавов является
исключительно высокой, даже при тех температурах, при которых быстрорежущая
сталь оказывается непригодной с этой точки зрения. Это можно объяснить, с
одной стороны, структурной прочностью жесткого карбидного каркаса и, с другой
стороны, достаточной жаропрочностью связующей фазы. По этой же причине
металлокерамические твердые сплавы превосходят стали при горячей осадке
У некоторых видов оборудования (насосы для откачки кислот,
клапаны в химической промышленности и т. д.) детали из твердых сплавов наряду
с механическим износом подвергаются также воздействию химических реагентов. В
связи с этим необходимо знать коррозионную стойкость материала.
Устойчивость твердых сплавов к химическим воздействиям,
согласно Давилю, определяется, с одной стороны, устойчивостью карбидной
составляющей и, с другой стороны, устойчивостью металла — связки. Тугоплавкие
карбиды, как правило, устойчивы к соляной, серной и плавиковой кислотам; в то
же время они чувствительны к воздействию таких кислот-окислителей, как
азотная кислота. В связи с тем, что металлы, используемые в качестве связки карбидных
компонентов, в большинстве случаев растворимы в кислотах, кислотосгойкость
подобных сплавов определяется преимущественно кислото- стойкостью связующей
фазы. Коррозионное воздействие неокисляющих кислот заключается,
следовательно, не в равномерном снятии поверхностного слоя, а в выщелачивании
связующего металла. При этом либо остается карбидный каркас, либо происходит
распад на отдельные карбидные зерна.
|