«Твёрдые сплавы»

особого класса износостойкие материалы с весьма большой твёрдостью, которая незначительно меняется при нагреве. Различают спечённые Т. с. (см. Спечённые материалы)и литые Т. с.

Спечённые Т. с. — Композиционные материалы, состоящие из металлоподобного соединения, цементированного металлом или сплавом. Их основой чаще всего являются карбиды вольфрама или титана, сложные карбиды вольфрама и титана (часто также и тантала), карбонитрид титана, реже — др. карбиды, бориды и т. п. В качестве цементирующих металлов обычно используют кобальт, реже — никель, его сплав с молибденом, сталь.

Впервые спечённый Т. с. получен из карбида вольфрама и кобальта в Германии в 1923—25, промышленное производство начато в 1926 (сплав «видиа»: 94% WC и 6% Со). В СССР первый Т. с. из карбида вольфрама (90%) и кобальта (10%) — сплав «победит» — создан в 1929, а в 1935 организовано производство Т. с. «альфа» из смесей карбидов вольфрама и титана (21, 15 и 5% TiC в сплаве) и кобальта (соответственно 8, 6 и 8% Со). В 1975

в СССР производили изделия более 1300 форморазмеров из Т. с. более 20 марок. Основу выпуска Т. с. составляют вольфрамовые (вольфрамо-кобальтовые) с 3—25% Со, титано-вольфрамовые с 4—40% TiC и 4—12% Со и титано-тантало-вольфрамовые Т. с. Эти группы Т. с. обозначают буквами ВК, ТК и ТТК с цифрами: после Т — содержание (%) карбида титана, после ТТ — суммы карбидов титана и тантала, а после К — кобальта; в сплавах ВК после цифры иногда добавляют буквы В, М или ОМ, указывающие на крупность зёрен карбида вольфрама (крупно-, мелко-, особомелкозернистые сплавы). Например, ВК6М — сплав на основе карбида вольфрама с 6% Со, мелкозернистый. Эти сплавы характеризуются большой твёрдостью (86—92 HRA), прочностью (у сплавов ВК разных марок пределы прочности при изгибе 1—2,5 Гн/м², или 100— 250 кгс/мм², при сжатии 3,2—5,9 Гн/м², или 320—590 кгс/мм², в зависимости от содержания кобальта; у сплавов ТК — соответственно 1,15—1,6 Гн/м², или 115— 160 кгс/мм², и 3,8—6,5 Гн/м², или 380— 650 кгс/мм²), износостойкостью (эти свойства сохраняются на достаточно высоком уровне даже при нагреве до 800—900 °С), а также электро- и теплопроводностью; сплавы ВК имеют плотность в пределах 13 000—15 100 кг/м³, ТК и ТТК — 9 600—15 000 кг/м³

Всё большее значение приобретает производство безвольфрамовых Т. с. Их выпуск позволяет заменить относительно дорогой вольфрам более дешёвыми металлами, расширить номенклатуру Т. с. со специфическими свойствами, создать Т. с. с более высокими эксплуатационными характеристиками. Очень перспективны, в частности, Т. с. на основе карбонитрида титана с никель-молибденовым сплавом в качестве связующего металла и Т. с. на основе карбида титана с тем же или со стальным связующим. Чрезвычайно важное направление развития производства Т. с. — быстро возрастающий выпуск неперетачиваемых режущих пластинок из Т. с. с тонкими (толщиной 5—15 мкм) покрытиями из карбонитрида, карбида или нитрида титана либо др. соединений, обеспечивающими повышение стойкости при резании в 3—10 раз. Применение режущего инструмента с такими пластинками особенно перспективно на автоматических линиях обработки резанием деталей машин в автомобильной и др. отраслях промышленности.

Спечённые Т. с. производят методами порошковой металлургии (См. Порошковая металлургия) в виде многогранных пластинок и фасонных цельнотвердосплавных изделий. Их с большой эффективностью применяют для обработки металлов, сплавов и неметаллических материалов резанием, для бесстружковой обработки (волочение, прокатка, штамповка и т. п.), для оснащения рабочих частей буровых инструментов и как конструкционные материалы. Благодаря применению Т. с. достигается существенная интенсификация процессов в машиностроении и металлообработке, в добыче руд, каменного угля, нефти, газа и др. полезных ископаемых. Заменив инструментальные стали, Т. с. способствовали технической революции в металлообрабатывающей и горной промышленности, где стойкость инструмента, оснащенного Т. с., повысилась в 15—100 раз, что обусловило рост производительности труда в 3—5 раз.

Литые Т. с. получают методом плавки и литья. Примером литых Т. с. служит рэлитный сплав WC — W₂C (содержит 3,7—4,0% С) с твёрдостью 91—92 HRA. Его получают в виде крупных зёрен плавкой с последующим дроблением слитков или разбрызгиванием расплавов; применяют рэлит главным образом для наварки на соприкасающиеся с породой части работающего с большими усилиями бурового инструмента; для тех же целей разработаны безвольфрамовые Т. с. на основе боридов и др. износостойких твёрдых соединений. К литым Т. с. относится большая группа Т. с., напыляемых или наплавляемых на детали механизмов и машин, подверженные абразивному износу, эрозии или коррозии, например стеллиты (Cr, W, Ni, С; основа Со), сормайты (Cr, Ni, С; основа Fe), стеллитоподобные (основа Ni) и многие др. износостойкие Т. с. Их применение позволяет в 2—4 (иногда в 10—20) раз увеличить срок службы быстроизнашивающихся деталей механизмов и машин, в том числе автомашин, тракторов, комбайнов и т. д.

Лит.: Металлокерамическне твёрдые сплавы. М., 1970; Креймер Г. С., Прочность твёрдых сплавов, 2 изд., М., 1971; Туманов В. И., Свойства сплавов системы карбид вольфрама — кобальт, М., 1971; его же, Свойства сплавов системы карбид вольфрама — карбид титана — карбид тантала — карбид ниобия — кобальт, М., 1973; Третьяков В. И., Основы металловедения и технологии производства спечённых твёрдых сплавов, 2 изд., М., 1976.

О. П. Колчин.

ТВЕРДЫЕ сплавы - материалы с высокими твердостью, прочностью, режущими и др. свойствами, сохраняющимися при нагреве до высоких температур. Различают литые и спеченные (металлокерамические) твердые сплавы. Последние получают методами порошковой металлургии из твердых карбидов металлов, сцементированных пластичным металлом-связкой.

композиционные гетерогенные материалы, состоящие из твердых тугоплавких соединений, главным образом карбидов переходных металлов IV-VI гр., распределенных в пластичной матрице из металлов триады Fe.

В зависимости от состава Т. е. подразделяют гл. обр. на вольфрамокобальтовые (вольфрамоникелевые), содержащие WC с кобальтовой (никелевой) связующей фазой, состава WC-Co (WC-Ni); титановольфрамокобальтовые состава TiC-WC-Co; титанотанталовольфрамокобальтовые состава TiC-TaC-WC-Co и безвольфрамовые Т. е. состава TiC-Ni-Mo или Ti(C,N)-Ni-Mo. Первые три группы Т. е. обозначают соотв. буквами ВК, ТК и ТТК с цифрами: после "Т"-содержание TiC, % по массе, после "ТТ"-суммы карбидов Ti и Та, после К-Со; в сплавах ВК после цифры иногда добавляют буквы В, М, ОМ, КС или К, указывающие на крупность зерен WC (крупно-, мелко-, особомелко-зернистые сплавы) и технол. особенности произ-ва.

Т. е. в качестве легирующих добавок содержат карбиды, нитриды и карбонитриды Nb, V, Hf, Cr, Mo и Zr.

Т. е. состава WC-Co (WC-Ni) характеризуются сочетанием высоких значений прочности, модуля упругости, остаточной деформации с высокой тепло- и электропроводностью (стойкость этих сплавов к окислению и коррозии незначительна); Т. е. состава TiC-WC-Co в сравнении с первой группой сплавов обладают меньшей прочностью и модулем упругости, однако превосходят их по стойкости к окислению, твердости и жаропрочности; Т. е. состава TiC-TaC-WC-Co характеризуются высокой прочностью, вязкостью и твердостью; безвольфрамовые Т. е. обладают наиб. коэф. термического расширения, наим. плотностью и теплопроводностью. Свойства нек-рых Т. е. приведены в табл. 1.

В Т. с. карбиды и нитриды переходных металлов IV-VI гр. представляют собой, как правило, фазы внедрения, для к-рых отношение атомных радиусов неметаллов (X) и металлов (М) меньше (или равно) 0,59. Стабильные карбиды и нитриды состава MX, образующие твердые фазы в Т. е., характеризуются высокими т-рами плавления и твердостью (см. Карбиды, Нитриды), обладают ограниченной р-ри-мостью в металлах триады Fe (табл. 2); последняя определяется размерами атомов металла, хим. сродством компонентов и их кристаллич. структурой.

Увеличение (до определенного предела) зерна карбидной фазы в Т. с. приводит к увеличению пластичности, трещино-стойкости, прочности при изгибе и к уменьшению износостойкости, прочности при сжатии, твердости. Напр., для Т. е. состава WC-Co:

Др. важный фактор, влияющий на св-ва Т. с.,-смачиваемость MX расплавом металла триады Fe. Карбиды Сr, Мо, W полностью смачиваются расплавом металла (краевой угол смачивания q = 0°). Для карбидов Ti, V, Nb и Та характерны след. краевые углы смачивания:

Присутствие в Т. с. структурно свободного углерода или двойного карбида металла-связки и тугоплавкого металла приводит к уменьшению твердости и прочности при изгибе.

Т. е. изготовляют методами порошковой металлургии. Технология их произ-ва включает получение порошков металлов восстановлением их оксидов Н ₂ или углеродом при т-рах 1073-1473 К; получение карбидов, карбонитридов или нитридов при т-рах 1723-2773 К в атмосфере Н ₂, N₂ или в вакууме; измельчение и смешение компонентов (обычно в этаноле или ацетоне) в шаровых мельницах или спец. аппаратах; введение пластификатора (р-ра синтетич. каучука или парафина в бензине, ацетоне или полиэтиленгликоля в этаноле); гранулирование смесей; формование прессованием; спекание изделий в присут. жидкой связующей фазы в атмосфере Н ₂, в вакуумных или вакуумно-компрессионных печах при т-рах 1633-1873 К.

В качестве осн. исходных материалов используют WO₃ или МоО ₃, TiO₂, оксиды Со или Ni и порошкообразные металлич. Та, Nb. Применение вакуумного спекания уменьшает концентрацию микропор в структуре сплава и тем самым повышает его прочность, напр.: для вольфрамоко-бальтового Т. е., содержащего 10% Со, при водородном спекании s _изг 2245 МПа, при вакуумном-2410 МПа. Окончат. форму полученным заготовкам придают обработкой на электроискровых станках или шлифованием алмазными кругами.

Из Т. с. изготовляют рабочую часть режущих инструментов для обработки чугуна, стали и сплавов, цветных металлов, стеклопластиков, пластмасс, дерева, обработки металлов давлением, изготовления горно-бурового и угледобывающего инструмента, а также износостойких конст-рукц. деталей, приборов и аппаратов.

Лит.: Чапорова И. Н., Чернявский К. С, Структура спеченных твердых сплавов, М., 1975; Третьяков В. И., Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов, 2 изд., М., 1976; Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент, М., 1988.

Ю. М. Королев, В. А. Фальковский.

твёрдые спла́вы

материалы с высокими твёрдостью, прочностью, режущими и другими свойствами, сохраняющимися при нагреве до высоких температур. Различают литые и спечённые (металлокерамические) твёрдые сплавы. Последние получают методами порошковой металлургии из твёрдых карбидов металлов, сцементированных пластичным металлом-связкой.

* * *

ТВЕРДЫЕ СПЛА́ВЫ, материалы с высокими твердостью, прочностью, режущими и др. свойствами, сохраняющимися при нагреве до высоких температур. Различают литые и спеченные (металлокерамические) твердые сплавы. Последние получают методами порошковой металлургии из твердых карбидов металлов, сцементированных пластичным металлом-связкой.

металлич. материалы с высокими твёрдостью, прочностью, реж. и др. св-вами, сохраняющимися при нагревании до высоких темп-р. Применяются при изготовлении режущего (см. рис.), штампового и измерит. инструмента. Различают литые и спечённые Т. с.; последние получают методами порошковой металлургии из карбидов тугоплавких металлов, сцементиров. пластичным металлом-связкой [напр., сплав марки ВК (WC + Со), сплав марки ТК (WC + TiC + Со)]. См. также Стеллит, Победит.

Резец с многогранной неперетачиваемой пластинкой из твёрдого сплава

ТВЁРДЫЕ СПЛАВЫ — сплавы (см.), отличающиеся высокой твёрдостью (см.), механической прочностью, режущими и др. свойствами, сохраняющимися при нагревании до высоких температур. Служат для изготовления режущего, штампового и измерительного инструмента.