|
|
Из всех твердых материалов,
которые могут быть использованы в сплавах для резания, наиболее применимы при
высоких температурах,- по-видимому, карбид
титана и его твердые растворы с Cr3C2, WC, ТаС—NbC и М02С.
Это связано не только с его относительно хорошей устойчивостью в отношении
окисления, о которой упоминалось ранее, но также с его малой плотностью.
Клингоор уже в 1933 г. сопоставил окисляемость на воздухе при 700°С твердого сплава на основе карбида титана (42,5% TiC, 42,5 Мо2С, 14%
Ni и 1% Сг, так называемого «Титанит S») и твердого сплава WC—Со (94/6).
После окисления в течение 30 мин на пластинках твердого сплава на основе WС
он обнаружил легко отделяемую окисную пленку, тогда как у твердого сплава
TiC—М02С заметных изменений не наблюдалось. Эксперименты Давиля со сплавами
WС—Со и WC—TiC— Со показали благоприятное влияние присадок TiC на
устойчивость в отношении окисления при повышенных температурах.
Ниже приведены данные об окисляемости твердых сплавов
WC—Со и WC—TiC—Со, которые были получены при нагреве образцов размерами
10X20X8 мм в течение 1 ч на воздухе при температуре 600—900° С. Да- виль
удалял слой окалины щеточкой и, взвешивая затем образец, судил об
окалиностойкости по потере в массе.
температура, Хиннюбер же с сотрудниками производил
взвешивание, не снимая окалины, и определял окалиностой- кость по увеличению
в массе. Он подсчитал, что в результате нагрева на воздухе при 800° С
увеличение в массе сплава TiC—WC—Со (60/34, 5/5,5) составило только 20 г/ж2 в
час, тогда как у сплава WC—Со (94/6)—350 г/м2 в час. Влияние присадок на
устойчивость твердых сплавов типа WC—Со к окислению изучали также Меткальф и
Сэндфорд. Ими было показано, что толщина слоя окалины заметно уменьшается в
присутствии TiC.
Киффер и Кёльбль [44], а также Кроль и Гётцель
рекомендовали пропитывать каркасы из WC, TiC и твердых растворов WC, TiC
высокожаропрочными сплавами типа «Нимоник», «Виталлиум», а также «Хастеллой».
Данные об окалиностойкоети при этом не приводились. Киффер и Кёльбль тщательно
изучили окалино- стойкость твердых сплавов типа WC—Со и типа WC— TiC—Со.
В табл. 64 приведены данные по увеличению массы образцов
призматической формы в результате нагрева на воздухе при различных
температурах. Для сопоставления в табл. 64 приведены также данные для чистого
TiC. На 113 показана графически часть полученных данных в виде изотермы
окисления при 900° С, а на 114 — внешний вид образцов после окисления в
течение 1 ч при 800—1000°С. Из 113 следует, что сплавы, содержащие TiC,
имеют более высокую окалиностой- кость, хотя они не покрываются при высоких
температуpax хорошо прилипающим защитным слоем. Это говорит о линейном
характере процесса окалинообразования. Примечательно то, что при температурах
1100—1200°С в соплах с большим содержанием TiC, по-видимому, в результате
образования жидкой фазы в поверхностном слое окалинообразование явно
замедляется.
Внешний вид показанного на 114 для сопоставления твердого
сплава на основе TiC со связкой из сплава Ni—Сг при температурах эксперимента
почти не изменился. У этого сплава образуется прочно соединенный с основным
материалом плотный слой окалины, а окалинообразование протекает параболично.
Меткальф утверждает, что повышение окалино-стойкости
сплавов типа WC—Со путем введения TiC является также причиной более высокой
производительности сплавов WC—TiC—Со и других содержащих TiC сплавов на
основе сложных карбидов при резании стали. Основываясь на данных
рентгеноанализа, он обнаружил повышение окалиностойкости вследствие
образования моноокиси титана (ТЮ), изоморфной карбиду титана (TiC).
Сопоставление периодов решетки показало, что расстояние Ti—Ti в ТЮ почти
такое же, как в TiC и в твердых растворах TiC—WC. Образование моноокислов на
поверхности карбидов при этом почти не нарушает процесса переноса атомов
титана. Пленки TiC прочно соединяются с основным материалом; кроме того, они
газонепроницаемы. Согласно данным Меткальфа, для твердых сплавов, содержащих
титан и цирконий (например, в виде карбидов), имеет большое значение также
образование нитридов (например, TiN), изоморфных кабридам и моноокислам.
После того как выяснилось благоприятное воздействие
присадок TiC на свойства сплавов WC—Со, провели систематическое изучение
поведения при высоких температурах твердых сплавов на основе TiC, а также
чистого TiC, не содержащего связки, либо TiC с различными связками.
Данные этого исследования изложены хронологически
Со времени выхода первого издания данной книги было
опубликовано очень много литературы о карбидах как высокотемпературных
материалах. Однако она почти не вне-
ела каких-либо новых существенных сведений по данному
вопросу.
В то время как из чистого карбида титана в последние годы
стали изготовлять лодочки для испарения металлов, а не содержащие карбид
вольфрама (безвольфрамовые) твердые сплавы на основе карбида титана успешно
применяют в качестве износостойких, цементированные сплавы на основе TiC типа
TiC—(Nb, Та)С— Ni—Со, TiC—Ni—Со—Сг, TiC—Cr3C2—WC— (Nb, Та)С—Со еще не нашли
применения в технике даже в качестве материалов для турбинных лопаток; это
связано главным образом с их низкой ударной вязкостью.
Горячепрессованные, не содержащие связки карбиды титана,
циркония и гафния
Гэнглер с сотрудниками изучил характеристики чистых
горячепрессованных TiC и ZrC и сопоставил их с аналогичными характеристиками
горячепрессованных окисных материалов. В табл. 65 приведены данные о
плотности, коэффициенте теплового расширения и пределе прочности при
растяжении этих материалов при высоких температурах. При 980°С TiC обладает
большей жаропрочностью, чем ZrC, а при 1200° С — наоборот. При критическом
рассмотрении прочностных характеристик необходимо учитывать, что они в
значительной степени зависят от плотности испытуемых образцов. Так, Глезер и
Иваник выявили, что предел прочности при изгибе горячепрессованных, не
содержащих связки изделий из карбида титана (температура горячего прессования
2600—3000° С, давление 200 кГ/см2, время 30 сек) значительно зависит от
относительной плотности и очень заметно возрастает начиная примерно с
относительной плотности 98% ( 115). Для достигаемой плотности и прочности при
изгибе имеет значение также и чистота карбида титана и размер его зерен.
Образцы карбида титана, использовавшиеся Гэнглером, имели плотность всего 4,74 г)см3 (относительная плотность 96,5%). Этим объясняются и низкие прочностные характеристики
изделий из карбида циркония.
Для изучения устойчивости TiC и ZrC к термоударам Гэнглер
с сотрудниками подвергал не менее чем 25-кратному нагреву с последующей
закалкой в холодном сжатом воздухе (до разрушения) образцы диаметром 50 мм и высотой 6 мм в приспособлении, изображенном на 110. Данные испытаний в сопоставлении с
аналогичными величинами для других материалов приведены в табл. 66, из
которой следует, что карбид титана превосходит по устойчивости к термоударам
все испыты- вавшиеся материалы. Образцы карбида циркония приходилось
выбрасывать после 22 циклов не из-за разрушения, а из-за слишком сильного
окисления. В табл. 66 приведены также данные для показателя КТ/аЕ, который,
согласно В. Г. Лидману и А. Р. Бобровскому, должен выражать количественно
устойчивость к термоударам. Для материалов, у которых данные величины
достижимы, этот показатель подтверждает результаты экспериментов.
Дальнейшие исследования устойчивости к термоударам
образцов из ZrC различной пористости с присадками графита провели Шаффер,
Хассельман и Хаберский. При этом были использованы образцы шаровидной формы.
Данные по окалиностойкости изделий из к'арбида титана
приведены также Киффером и Кёльблем. Карбид циркония при нагреве на воздухе
ведет себя значительно хуже.
Сандерс с сотрудниками определял некоторые
высокотемпературные характеристики плавящегося почти при 3900° С HfC. Однако
HfC, так же как и чистый ТаС, для ракетных сопел, по-видимому, непригоден.
|