Твердые сплавы

Раздел: Учебники

Тугоплавкие бориды переходных металлов групп IVa—Via периодической системы исследователи считают перспективными материалами для высокотемпературного применения. Особо твердыми, тугоплавкими и относительно окалиностойкими соединениями являются дибориды титана и циркония

При пропитке каркасов из борида хрома высокожаропрочными сплавами (нимоник, виталлиум, хастеллой), рекомендованной Гётцелем получаются сравнительно окалиностойкие, но неоднородные изделия.

Высокотемпературные свойства борида хрома  в виде горячепрессованных сплавов со связками Ni, Ni—Си, Ni—Сг и Со изучил Зиндебанд. Горяче- прессованный сплав с 15% Ni имел предел прочности при изгибе около 85 кГ/мм  и высокую твердость после термической обработки. Усталостная прочность сплава была значительно ниже, чем у виталлиума. Окалиностойкость сплава выявлялась до 950° С.

Тщательно изучены физико-механические характеристики и окалиностойкость материалов на основе боридов хрома Сг2В, СгВ и СгВ2 с никелевой, кобальтовой и железной связкой. Согласно работам, наиболее ценными свойствами обладают сплавы с хро- момолибденовой связкой.

Эксперименты по цементированию TiB2 или ZrB2 металлами группы железа или же тугоплавкими металлами оказались неудачными преимущественно из-за образования в этих системах легкоплавкой хрупкой эвтектики или интерметаллических соединений. Согласно Штейниц, путем добавки избыточного бора в количестве 2—5% можно добиться сравнительно пластичного эвтектического соединения. Киффер и Бенезовский2 получили хорошие результаты со связкой, содержащей Сг—В.

Боридные покрытия можно получить по методу Моерса, пропуская газообразную смесь галогенид металла— бромистый бор — водород над расплавленным металлом-носителем. Таким путем Кэмпбелл с сотрудниками выделили окалиностойкие боридные пленки на проволоке и соплах. Можно также борировать пленки, выделенные вначале из газовой смеси ВС13—Н2. До настоящего времени подобные боридные пленки не имели практического значения как окалиностойкие покрытия.

Сплавы же на основе хром — никель — кремний (кол- моной) имеют большое практическое значение в качестве износостойких наплавочных сплавов

Изготовлять плотные фасонные изделия из боридов целесообразнее всего горячим прессованием  Однако можно применять и обычное прессование с добавкой пластификатора и последующее окончательное спекание при высокой температуре .

Предложение Шварцкопфа использовать бори- ды в качестве высокотемпературных материалов побудило предпринять большие исследовательские работы в этом направлении. Так, были изучены бинарные системы новых переходных металлов групп IVa—Via с бором, взаимная растворимость боридов, а в дальнейшем и тройные системы Me—В—С, Me—В—N и Me—В—Si

Разработанные фирмой American Electrometal Corp. материалы типа боролит нашли в промышленности ограниченное применение. Так, диборид циркония с 2—5% В в качестве связки и Сг2В со связкой Сг—Мо 80/20 применяются в высокотемпературных двигателях, а Мо2В — в качестве высокотемпературного припоя. Предложено также применять ZrB2 для термоэлементов

Наиболее перспективным боридом в настоящее время является диборид титана как в чистом виде, так и в виде твердого раствора TiB2—СгВ2. Из него можно изготовлять испарительные лодочки электродов при получении алюминия а также детали, устойчивые к жидким металлам и особенно к жидкому цинку В то же время композиционный материал TiC—TiB2 является перспективным в качестве режущего. Присадка TiB2 в количестве 1—5°/о к твердым сплавам типа WC—Со заметно повышает их окалино-стойкость

Перед исследователями стоит задача — изучение возможности применения для сопел окалиностойкого сплава TiC—TiB2—CoSi, а также композиционного материала графит —TiB2—MoSi2

Учитывая высокую способность боридов тугоплавких металлов к поглощению нейтронов бором и его соединениями, некоторые ученые предлагают их использовать для управляющих стержней ядерных реакторов.

Исследовались также фрикционные свойства при высоких температурах композиционных материалов из боридов, пропитанных никелем и серебром

Поиски подходящих пластичных связок для боридов, в особенности для TiB2 и ZrB2, еще не привели к таким положительным результатам, какие получены, например, при использовании кобальтовой связки для WC. В результате взаимодействия бора или кремния почти со всеми металлами образуются хрупкие цементирующие сплавы. Поэтому конечные продукты также оказываются хрупкими, имеющими предел прочности при изгибе не более 20—40 кГ/мм2.

Таким образом, материалы на боридной основе еще не получили распространения, и возможность их более широкого внедрения в промышленность существует еще только в перспективе.