Твердые сплавы (металлокерамические) и минералокерамические материалы

Основной частью всех металлокерамических твердых сплавов являются карбиды тугоплавких металлов – вольфрама и титана (Таблицка.7.). В качестве связующего материала в состав твердых сплавов обычно входит кобальт. Карбиды тугоплавких металлов вследствие их высокой твердости и износоустойчивости применяются в качестве основной части твердых сплавов.

Карбиды тугоплавких металлов не разлагаются при обыкновенных температурах ни кислотами, ни щелочами. Твердость карбидов таких металлов, как железо, кремний, вольфрам, титан, тантал, ниобий, ванадий приближается к твердости алмаза.

Таблица.7.Свойства карбидов титана и вольфрама, входящих в состав твердых сплавов

Показатели Карбид вольфрама Карбид титана
Температура плавления в ºС
Твердость по минеральной шкале1 Более 9 8-9
Содержание углерода в % 5,8-6,1 19,0-20,0
Плотность 15,5 4,93
1 твердость алмаза принята за 10.

Сложность изготовления и использования карбидов тугоплавких металлов привела к тому, что сами карбиды стали получать с помощью методов порошковой металлургии в виде очень тонкого и мелкого порошка, а изделия из них – путем прессования и последующего спекания при температуре плавления этих веществ. Так как спеченные карбиды оказались весьма хрупки, в состав твердых сплавов начали вводить вспомогательный материал – кобальт, который в процессе спекания расплавляется, растекается между зернами карбида и при охлаждении затвердевает, способствуя образованию прочного сплава.

Твердые спеченные сплавы состоят из смеси порошков карбида вольфрама (основа) – 66-97 % и кобальта 3-25 %. В зависимости от марки сплава в него добавляют такие компоненты, как карбид титана – 3-30 % и карбид тантала – 2-12 %. Предел прочности твердых сплавов при изгибе составляет 1176-2156 МПа (120-220 кгс/мм2), твердость – 79-92 HRА.

Вольфрамокобальтовые твердые сплавы (WC-Co) ВК.

Сплавы маркируются буквами «ВК» и цифрой, показывающей содержание кобальта (например, ВК3 – 3 % Со и 97 % WC). Увеличение содержания кобальта в сплавах группы ВК приводит к повышению прочности , но твердость и износостойкость при этом снижаются. Теплостойкость сплавов ВК составляет около 900º С,

По содержанию кобальта сплавы можно разделить на три группы:

  • низкокобальтовые (3-8 % Со) - применяют для изготовления режущего инструмента
  • среднекобальтовые (до 15 % Со) – применяют для изготовления бурового инструмента.
  • высококобальтовые (до 25 % Со) – применяют для изготовления штампового инструмента.

Вольфрамокобальтовые твердые сплавы применяют при обработке хрупких материалов (материалов с элементной стружкой): чугуна, бронз, фарфора, стекла и др.

Титановольфрамокобальтовые твердые сплавы

(WC-Ti-Co) ТК.

Сплавы обозначаются комбинацией букв и цифр (например, Т30К4 – 30 % - TiC, 4 % Co, 66 % - WC)

Теплостойкость сплавов ТК составляет около 1000º С. Увеличение содержания кобальта приводит к повышению прочности с одновременным снижением твердости и теплостойкости.

Титановольфрамокобальтовые твердые сплавы применяют для обработки вязких материалов (со сливной стружкой): стали, латуни и др.

Титанотанталовольфрамокобальтовые твердые сплавы (WC-TiC-TaC-Co) ТТК.

Обозначение сплавов ТТК аналогично ТК. Цифра после второй буквы «Т» указывает на суммарное содержание карбидов титана и тантала (например, ТТ7К12 - 7 % TiC и TaC, 12 % Co, остальное 81 % WC).

Титанотанталовольфрамокобальтовые твердые сплавы применяют для черновой обработки материалов, когда сплавы ВК и ТК не пригодны (тяжелые условия резания с большими силовыми и температурными нагрузками).