Твердые сплавы

Раздел: Учебники

После того как исследователи убедились в том, что твердость, предел прочности при изгибе, жаропрочность и микроструктура являются определяющими факторами в отношении износа, возник вопрос — как можно повлиять на эти факторы.

Твердость можно регулировать, изменяя содержание связки или степень дисперсности карбидной и связующей фаз. По данным Мейера и Эйлендера, можно путем уменьшения размера зерен WC-фазы с 2—5 до 0,5—1 мкм повысить твердость сплавов WC—Со с 89—90 до 92—93 HRA. И, наоборот, в результате слишком высокой температуры или слишком большой длительности спекания образуются крупные карбидные кристаллы. При этом снижается твердость и износостойкость твердых сплавов.

Другой способ повышения твердости металлокерами- ческих твердых сплавов основан на введении в шихту вместо чистых карбидов твердых растворов карбидов. По данным работ  изоморфные карбиды металлов групп IVa и Va периодической системы (TiC, ZrC, VC, NbC и ТаС) характеризуются полной взаимной растворимостью. Исключение составляет лишь ZrC—VC.

Согласно более поздним данным, карбид гафния ведет себя аналогично карбиду циркония. Так, в системе HfC—VC растворимость ограничена. Карбиды металлов групп IVa и Va хорошо растворяют карбиды металлов группы Via (например, WC и Мо2С). Напротив, карбиды металлов группы Via либо вовсе не растворяют карбиды групп IVa и Va, либо, если и растворяют их, то в незначительном количестве. В структуре, например, твердых сплавов WC—TiC—Со или WC—TiC—ТаС (NbC) —Со образуется наряду со связующей у-фазой и а-фазой (чистый WC или твердый раствор крайне незначительных количеств TiC—ТаС—NbC в WC) также и твердый раствор TiC—WC или TiC—ТаС (NbC) — WC (р-фаза). Твердый раствор р при этом, как правило, несколько тверже, чем а-фаза. Наибольшая твердость твердых растворов при этом получается, как правило, при соблюдении некоторого определенного соотношения WC : TiC '. Это явление наблюдается также у твердых растворов Мо2С—TiC и др.

Предел прочности при изгибе, подобно твердости, в большой степени зависит от содержания связки. При одинаковом содержании связки предел прочности при изгибе можно изменять, изменяя степень дисперсности частиц карбидной пли связующей фазы, а также режим спекания. В твердых сплавах WC—TiC—Со наличие ТаС (NbC) в фазе твердого раствора заметно повышает предел прочности при изгибе.

Жаропрочность можно улучшить путем уменьшения содержания связки или путем образования твердого раствора в карбидной или связующей фазе. К WC добавляют преимущественно TiC, ТаС, ТаС—NbC, VC, Cr3C2 или Мо2С, а к кобальту небольшие количества Fe, Ni, Сг или Mo. В некоторых случаях WC, являющийся основным компонентом в износостойких твердых сплавах, заменяют твердыми растворами указанных карбидов.

Микроструктура твердых сплавов карбид--связка может варьироваться в широком диапазоне, т. е. от минимальной зернистости компонентов (размер зерен карбидной- фазы 0,5—1 мкм) до очень крупной (размер зерен карбидной фазы 5—50 мкм). С измельчением зерна и увеличением степени дисперсности твердость возрастает и, наоборот, пластичность является, по-видимому, максимальной у сплавов WC—Со с 8—10% Со и с однородной зернистостью 5—6 мкм. Сильная пористость, в особенности наличие макропор в структуре, является причиной более сильного износа. Твердые сплавы типа WC—Со с заниженным содержанием связанного углерода (в WC), содержащие т)-фазу, обладают большей твердостью и большей износостойкостью, но в то же время и большей хрупкостью, чем соответствующие сплавы c. избыточным углеродом