Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Вольфрамокобальтовые сплавы

03.11.2018

Эта группа металлокерамических сплавов, технологически наиболее важная, рассматривается первой. Сплавы с содержанием кобальта от 4 до 30% по весу считаются наиболее экономичными. Сплавы с содержанием кобальта от 4 до 12% и размером частиц карбидов от 0,75 до 10 мкм широко применяются для обработки металлов резанием. Характеристики режущих инструментов из твердых сплавов в значительной степени зависят от состава и размера зерен, а также от общего качества материала. Структура вольфрамовых сплавов состоит только из двух фаз — карбида вольфрама WC и металлического кобальта (см. рис. 6.23). Содержание углерода должно выдерживаться в очень узких пределах. Присутствие либо свободного углерода (слишком высокое содержание углерода), либо карбида с составом C03W3C свидетельствует о слишком низком содержании углерода, приводит к уменьшению прочности сплава и ухудшению его характеристики как режущего инструмента. Структура должна быть плотной с очень незначительным числом пор или неметаллических включений.

Свойства ряда WC—Co сплавов в зависимости от их состава и размера зерен приведены в табл. 6.3, а на рис. 6.24 графически показано влияние содержания кобальта на некоторые свойства сплава.

Наиболее высокие значения твердости и предела прочности на сжатие отмечаются у сплавов с низким содержанием кобальта, причем с увеличением содержания кобальта эти значения монотонно убывают. Для любого состава сплава твердость тем выше, чем меньше размеры зерен, и независимо от состава применяемых при обработке резанием твердых сплавов последние значительно тверже, чем самая твердая сталь. Как и для быстрорежущей стали, предел прочности на растяжение измеряется редко, и разрушающие напряжения при изгибе, или предел прочности на изгиб, часто используются для измерения способности твердого сплава сопротивляться разрушению при работе. На рис. 6.24 видно, что предел прочности на изгиб изменяется прямо противоположно изменению твердости и достигает максимума для сплава с набольшим содержанием кобальта и крупным размером зерна.

При испытаниях твердых сплавов на растяжение или изгиб разрушение происходит с едва заметными пластическими деформациями, что позволяет характеризовать твердые сплавы как «хрупкие» материалы того же класса, что и стекло или керамика. Такое определение не оправдано, так как при наличии в основном нормальных напряжений сжатия твердые сплавы способны выдерживать значительные пластические деформации без разрушения. Кривые зависимости деформации от напряжения при сжатии двух марок твердых сплавов по сравнению с быстрорежущей сталью приведены на рис. 6.25. Твердые сплавы имеют более высокие значения модуля Юнга E и более высокий предел текучести, чем у стали. При достижении напряжения пластического течения кривые постепенно отклоняются от линейной зависимости, характеризуя появление пластической деформации, сопровождаемой упрочнением вследствие наклепа, приводящим к еще большему увеличению предела текучести. С повышением содержания кобальта возрастает величина пластической деформации вплоть до разрушения. Способность материала пластически деформироваться без разрушения может быть также определена за счет вдавливания шарика в полированную поверхность образца. Отпечатки на поверхности образца из твердого сплава, сделанные шариком из твердого сплава, показаны на рис. 6.26; контуры отпечатков показаны при помощи оптического интерферометра. Отпечатки могут быть получены на значительную глубину до появления трещин, и чем выше содержание кобальта, тем глубже отпечаток перед растрескиванием. Именно такое сочетание свойств — высокой твердости и достаточной прочности, а также способности пластически деформироваться без разрушения под действием нормальных напряжений сжатия — определило пригодность вольфрамокобальтовых твердых сплавов в качестве инструментальных материалов для машиностроения.


He существует общепринятых испытаний для определения ударной вязкости инструментальных материалов, и термины «ударная вязкость» и «хрупкость» применяются для качественной оценки. Это создает определенные трудности, так как выбор оптимального инструментального материала должен проводиться по величине ударной вязкости. Обычно наилучшим материалом для каждого конкретного случая обработки является наиболее твердый материал, но имеющий соответствующую ударную вязкость, чтобы по возможности сопротивляться разрушению. Практически эта проблема решается за счет процесса естественного отбора на основании промышленного опыта. Подобно тому как быстрорежущая сталь ВМ2 (~Р6М5) общего назначения является наиболее общепринятой для большинства операций механической обработки, так и WC—Co сплав, содержащий 6% Co при размере зерен около 2 мкм (рис. 6.27), был признан в качестве основной марки твердого сплава в большинстве случаев их применения, и поэтому эта марка сплава изготовляется в значительно больших количествах, чем другие. Если какая-либо марка твердого сплава окажется слишком склонной к разрушению в каждом конкретном случае применения, то испытывается другая марка сплава с большим содержанием кобальта. Если требуется повышенная износостойкость, то рекомендуется марка сплава с более мелкими зернами и меньшим содержанием кобальта.

Испытание различных марок твердого сплава является в промышленных условиях очень длительным и дорогим способом определения ударной вязкости. Кроме того, отсутствие общепризнанных объективных испытаний на ударную вязкость не позволяет потребителю определить требования к качеству твердых сплавов, поставляемых конкурирующими фирмами. В настоящее время не существует британского стандарта на твердые сплавы. Потребитель может полагаться на классификацию, подобную принятой Международной организацией по стандартизации (ISO) (табл. 6.4), в которой характеристика режущего инструмента связана с относительной ударной вязкостью и твердостью различных WC—Co сплавов, расположенных последовательно от К 01 до К 40. Отдельные изготовители берут на себя ответственность определить, к какой категории должна быть отнесена каждая изготавливаемая ими марка твердого сплава.
Вольфрамокобальтовые сплавы

Как твердость, так и предел прочности на сжатие твердых сплавов уменьшается с ростом температуры (рис. 6.28 и 6.5). Сравнение предела прочности на сжатие при повышенных температурах твердых сплавов и быстрорежущей стали показывает, что WC—Co сплав с 6% Co выдерживает напряжения свы 750 Н/мм2 при температуре 1000°C, тогда как соответствующая температура для быстрорежущей стали равна 750°С. Температура, при которой твердые сплавы могут выдерживать такие напряжения уменьшается с увеличением содержания кобальта.

Коэффициент теплового расширения низкий — примерно в 2 раза ниже, чем у большинства сталей. Удельная теплопроводность сравнительно высокая: сплав: с 6% Co и 94% WC имеет удельную теплопроводность свыше 80 Вт/(м*°С) по сравнению с 31 Вт/(м*°С) для быстрорежущей стали. Сопротивление окислению при повышенных температурах плохое, окисление на воздухе становится быстрым при температуре свыше 600° С, и при температуре 900° С происходит действительно очень быстрое окисление. Это редко превращается в серьезную проблему для режущих инструментов, так как их поверхности обычно защищены от окисления при высоких температурах.



Имя:*
E-Mail:
Комментарий: