Тверді сплави
Тверді сплави – матеріали з неоднорідною (гетерогенною) структурою. Вони складаються із тугоплавких сполук високої твердості, пов’язаних між собою металом. При цьому як основа зазвичай виступають карбіди титану, вольфраму, хрому, танталу або їх сполук. А функцію зв’язки виконує залізо, кобальт, нікель або їх сплави з різним відсотковим співвідношенням. Такі сплави витримують серйозні навантаження, стійкі до зношування та термічної дії (до 1500 °C).
Класифікація
Тверді метали мають різні класифікації.
- За способом виготовлення. Тут вони поділяються на два основні типи:
– литі,
– спечені.
З назви відомо, що з отримання литих твердих сплавів використовується метод лиття. До них належать:
– сормайти (основа – залізо; добавки: кремній, хром, вуглець, нікель),
– Стеліти (в основі кобальт і хром; добавки: нікель і вольфрам),
стеллітоподібні сплави (основа нікель; добавки: хром, вуглець, залізо; на відміну від стеллітів, у них низька хімічна стійкість).
Для спечених сплавів використовується порошкова металургія. Вона дозволяє задавати матеріал саме ті властивості, які потрібні для вирішення певних завдань. У спечених сплавів існує альтернативна назва «металокерамічні». Воно виникло через ідентичність виробничих технологій із керамікою.
Цей метод дозволяє досягати високої точності виробів. Це позбавляє виробників від подальшого трудомісткого доведення, обмежуючись легкою обробкою (шліфуванням, травленням кислотами, ультразвуком тощо).
Найбільш поширеними сплавами такого типу є:
– вольфрамові – ВК (ВК8, ВК10),
– титано-вольфрамові – ТК (Т15К6, Т14К8),
– Титано-тантало-вольфрамові – ТТК (ТТ7К12, ТТ8К6).
Накладки зі сплавів фіксують на інструментах двома способами:
– Механічні кріплення.
– Пайка.
- По галузі застосування.
За цим параметром сплави можна згрупувати на:
- Конструкційні. Використовуються переважно у машинах, забезпечуючи деталям високу зносостійкість. Також можуть мати спеціальні властивості (значний модуль Юнга, щільність, тимчасовий опір).
- Жаростійкі та жароміцні сплави.
- Інструментальні. Використовуються при бурових роботах, для обробки моделей шляхом штампування, різання, тиску тощо.
- Вольфрамовмісні.
В їх основі майже завжди знаходиться карбід вольфраму, але також застосовують карбіди танталу та титану. Метало-зв’язкою є нікель чи кобальт, або зв’язування молібдену та нікелю.
- Безвольфрамові.
Виготовлення безвольфрамових сплавів здійснюється двома способами, кожен з яких передбачає заміну карбіду вольфраму:
- Використання карбіду іншого тугоплавкого металу (ванадія, гафнію, цирконію, хрому, танталу тощо).
- Застосування альтернативних твердих металів (бориду, нітриду, силіциду).
Сполучним металом є нікель та болібден у пропорції 80 на 20%.
Основні властивості
У таких сплавів виділяють кілька основних властивостей:
– зносостійкість,
– Твердість,
– Міцність,
– тугоплавкість,
– жароміцність,
– жаростійкість.
Кожна із груп твердих сплавів (ВК, ТК, ТТК) має свої властивості.
У ВК основну роль грає розмір зерен карбіду вольфраму. Наприклад, збільшення розміру призводить до зменшення твердості. При цьому в’язкість матеріалу та міцність на вигин значно підвищуються (тільки якщо кобальт та вольфрам присутні в рівній кількості).
Якщо порівняти сплави ТК і ВК, то у перших нижче міцність на вигин, показники в’язкості, а також електро- та теплопровідність. У той же час у сплавів групи ТК вища твердість, краще характеристики жароміцності та стійкості до окислення.
Коли сплав додаються карбіди титану і танталу (ТТК), це підвищує його міцність на вигин (якщо порівнювати з ТК).
Тверді сплави мають такі характеристики, які дозволяють обійтися без нагріву при обробці майбутніх деталей методом тиску. При необхідності можна досить легко і дуже надійно зварити заготовки зі сплаву. Але інші механічні способи впливу передбачають зниження швидкості обробки. В іншому випадку відбудеться швидке нагартовування.
Які є марки твердих сплавів?
Найбільшого поширення серед вольфрамосодержащих сплавів отримали марки ВК, ТК і ТТК. Їх формування відбувається в такий спосіб: В – карбід вольфраму, Т – карбід титану, КНТ – карбонітрид титану, ТТ – карбіди таланту і титану, К – кобальт, Н – нікель.
Пояснення: ТТ – загальний вміст карбідів таланту та титану; цифри, розташовані після букв, говорять про співвідношення речовин у відсотках; кількість карбіду вольфраму визначають по різниці і маркування не вказується.
Далі в докладній таблиці вказаний хімічний. склад найбільш затребуваних марок сплавів.
Плюси та мінуси твердих сплавів
Переваги:
- володіють високими характеристиками міцності,
- мають відмінні показники щодо опору до зношування та твердості,
- відрізняються прекрасними властивостями щодо використання в умовах критичних температур (жаростійкості та жароміцності),
- їх складно розплавити (тугоплавкість).
Недоліки:
- погано переносять ударні навантаження і мають менші показники в’язкості (якщо порівнювати з швидкорізами),
- карбід вольфраму дуже дорогий, що веде до дорожнечі сплавів.
Де використовуються?
Якщо порівнювати частоту використання литих та спечених ТС, то перші застосовуються набагато рідше. Найчастіше їх використовують у виготовленні бурових інструментів та спеціальних фільєрів (форми для продавлювання речовин з високою пластичністю).
Спечені ТЗ зазвичай стають головною сировиною для:
– елементів машин, що зазнають значних навантажень,
– Інструментів для гірничої промисловості (бурові головки),
– штампів,
– Вироби для різання металу ( різці ),
– Пристосувань для калібрування, волочіння і т.д.
З метою економії інструменти ніколи не роблять цілком із твердих сплавів. Для досягнення поставлених завдань достатньо зробити ріжучі накладки або деталі для навантажених вузлів!
