Структура и свойства твердых сплавов
Карбид вольфрама — один из группы соединений — карбидов, нитридов, боридов и силицидов переходных элементов IV, V и VI групп периодической системы элементов. Карбиды применяются как инструментальные материалы, и доминирующее значение имеет монокарбид вольфраму WC. Значения температуры плавления и твердости при комнатной температуре некоторых карбидов даны в табл. 6.2. Все значения очень высокие по сравнению со сталью. Карбиды вольфрама и молибдена имеют гексагональную решетку, тогда как другие — кубическую. Эти жестко и прочно связанные j соединения не претерпевают никаких основных структурных превращений вплоть до температуры плавления, поэтому они обладают устойчивыми свойствами, не меняющимися при термообработке, в отличие от стали, которая теряет твердость при отпуске и закаливается при быстром охлаждении.
Эти карбиды очень похожи на металлы, имеют хорошую электро- и теплопроводность и имеют металлический вид. Несмотря на то, что они могут лишь незначительно пластически деформироваться без разрушения при комнатной температуре, наблюдения, сделанные при помощи электронного микроскопа, показали, что механизм деформации такой же, как у металлов, — за счет перемещения дислокаций. Их иногда относят к керамике и твердым сплавам, полученным спеканием, именуют керметами, подразумевая сочетание свойств керамики и металла, однако этот термин, по-видимому, совершенно непригоден, так как карбиды гораздо ближе по природе к металлам, чем к керамике.
Значения твердости четырех наиболее важных карбидов, измеренные при температурах от 15 до 1000°C и выше, представлены на рис. 6.22. Все они гораздо тверже стали. Твердость алмаза при комнатной температуре по той же шкале составляет 6000—8000 HV. Твердость карбидов быстро падает с повышением температуры, однако они остаются гораздо тверже стали почти при всех технологических условиях. Очень высокая твердость и стабильность свойств карбидов в широком диапазоне воздействующих температур определяют эффективность их применения для режущих инструментов.
В твердых сплавах частицы карбидов составляют около 55—92% объема структуры, а твердые сплавы, применяющиеся при обработке металлов, обычно содержат по меньшей мере 80% карбидов по объему. На рис. 6.23 приведена структура одного сплава, в котором угловатые серые частицы являются частицами WC, а белые зоны — кобальт. В быстрорежущей стали твердые частицы карбидов микроскопических размеров составляют только 10—15% по объему термообработанной стали и играют незначительную роль в работе этих сплавов как режущих инструментов, однако в твердых сплавах они являются составной частью, имеющей решающее значение. Процессы порошковой металлургии позволили контролировать с высокой точностью как состав твердых сплавов, так и размер зерен карбидов.
