Твердые сплавы.

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—2,5Гн/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.