3. Нестандартные и безвольфрамовые твердые сплавы

Твердые сплавы, изготовленные в многочисленных вариантах в лабораторных условиях и частично прове­ренные па практике, но не получаемые в настоящее вре­мя в производственном масштабе, можно разделить по составу и областям применения на следующие группы: WC с различными связками (твердые сплавы из других карбидов и твердых материалов рассматри­ваются в разделе безвольфрамовых твердых спла­вов) ;

Твердые сплавы WC—TiC—Со;

Твердые сплавы WC—TaC(NbC)—Со;

Твердые сплавы WC—TiC—TaC(NbC)—Со;

Твердые сплавы WC—HfC—TiC—TaC—Со;

Твердые сплавы WC—Mo2C—TiC(Co);

Твердые сплавы WC—ZrC—Co(Ni);

Твердые сплавы WC—VC, WC—Cr3Q и WC—NbC –

Co(Ni);

Безвольфрамовые твердые сплавы.

WC с различными связками

Попытки замены кобальтовой связки железом, нике­лем или сплавами Ni—Cuy Ni—Fe, Ni—Cr, Ni—Mo, Ni— Fe—Mo, Co—W, Со—Cu, Co-Mo [93, 94], Co-Cr [93, 94], Co-Al [93, 94], Со—Mo—Cu, Fe-Ni-Cr и т. п. [3, 14, 23, 59, 95—108] в качестве связующих металлов не привели к заметному техническому улучшению (табл. 19). Прочность вольфрамокарбидпых сплавов с железной и никелевой связками составляет лишь 40— 60% и со связками Fe-Ni н Fe-Ni-Mo 60—90% проч­ности сплавов с кобальтовой связкой. Причиной сниже­ния прочности является большая способность железа и никеля растворять карбид вольфрама в твердом состоя­нии [102, 109], а также склонность к образованию хруп­ких двойных карбидов типа NUW^Ci, или FtxWxCy. Да – виль [101], исследовавший влияние Со, Ni и Fe в качестве связующего металла при спекании карбида вольфра­ма, полагает, что преимуществом кобальта является его способность тонко размалываться и образовывать по­верхностные диффузионные слои на зернах карбида вольфрама, препятствующие росту кристаллов WC-

Свойства WC-твердых сплавов с различными связками

Состав, %

Твердость no Роквеллу HRA

Предел прочности при изгибе, кГ/мм1

94 WC, 6 Со

90-91

140—170

94 WC, 6 Ni

89

90—110

94 WC, 6 Fe

90

80—100

92 WC, 8 Со/W (50/50)

92

100—130

92 WC, 8 Со/Мо (50/50)

92

80—100

92 WC, 8 Со/Сг (50/50)

92

120—140

92,5 WC, 5,5 Со, 2 Fe

91

120-150

93 WC, 5 Со, 2 Ni

90,5

130-160

84 WC, 6 Ni, IOMo

89

80

93 WC, 6 Ni, 1 Cu

88,5 ‘

90—105

90 WC, 8 Ni, 2 Cu

88

95—115

93 WC, 3,5 Ni, 1 Со, 2,5 Fe

91

120—150

90 WC1 6Ni, 2Мо, 2Fe

90,5

110—120

90WC, 8Ni, 2Cr

90,5

110—120

90WC, 7Fe, INi, 2Cr

90,5

90-110

Частичная замена кобальта (до 30%) железом или никелем приводит к образованию более твердых и хруп­ких сплавов в первом случае или несколько менее твер­дых сплавов во втором. Однако прочность в обоих слу­чаях несколько снижается. Частичная замена кобальта или никеля хромом, молибденом или вольфрамом сво­дится к уменьшению содержания вязкого цементирую­щего металла и приводит к полному связыванию сво­бодного углерода и образованию менее вязкого цементи­рующего сплава, содержащего Cr, Mo или W.

Техническое значение имеют коррозионностойкие связки на основе Ni—Cr или Pt, а также (с точки зре­ния сырья) связки Ni—Fe [23, 104, 105]. В то время, как в твердых сплавах WC—TiC—Со связка Ni—Fe (1 : 3) по своим свойствам примерно аналогична кобальту в твердых сплавах WC—Со, свойства связки иные [105].

Магнитные и физические свойства вольфрамокарбид – ных сплавов с никелевой связкой исследованы А. Корот – коручко и Б. Лившицем [103]. Наивысшие показатели твердости (85HRA) и предела прочности при изгибе (90 кГ/мм2) получили при содержании никеля 10% и температуре спекания 1450° С.

Добавки меди к связующей фазе не способствуют за­метному повышению твердости и пределу прочности при изгибе, однако значительно снижают активность сплавов к спеканию. С чисто медными и серебряными (или дру­гими благородными металлами) связками сплавы полу­чают методом пропитки [81, 110, 111].

В патентной литературе[6] [7] имеется много сообще­ний о различных связующих сплавах, однако ни один из этих сплавов по своим свойствам не может полностью заменить кобальт.

В последнее время в качестве уплотнительных мате­риалов предложили вольфрамокарбидные (титанокар – бидные) твердые сплавы со связками из олова, свинца, висмута, цинка, магния, алюминия или кадмия, которые можно изготовлять обычным спеканием или методом пропитки [112].

Твердые сплавы WC—TiC—Со

В табл. 20 приведены свойства сплавов WC—TiC— Со (изготовленных Киффером [3] опытным путем) с раз­личным содержанием карбида титана и кобальта (1— 75% TiC, 5—15% Со). Из данных этой таблицы следует, что с увеличением содержания кобальта предел прочно­сти при изгибе сплавов с низким содержанием TiC воз­растает сильнее, чем сплавов с высоким содержанием TiC. Лишь для безвольфрамовых титанокарбидных твер­дых сплавов с содержанием связующего металла выше 20% можно получить предел прочности при изгибе 150 кГ/мм2 и более.

Агте с сотрудниками [23, 39, 113] описывает высоко­эффективные твердые сплавы с малым содержанием связующего металла (1—3% Со), а также со связкой Ni—Fe. Применяя WC с незначительным недостатком углерода и связку Fe—Ni (3: 1), можно при вакуумном спекании избежать появления т]-фазы и получить спла­вы, аналогичные сплавам WC—TiC—Со. По твердости и пределу прочности при изгибе эти сплавы почти одина­ковы; интенсивность износа этих сплавов меньше, чем у сплавов с кобальтовой связкой (табл. 21) [39].

Свойства твердых сплавов WC—TiC-Co

WC*

Состав, % TiC

Со

Твердость по Роквеллу HRA **

Предел прочности при изгибе, *2 кГ/ммг

Плотность, г/см1

94

1

5

90,5

150

14,6

92,5

2,5

5

90,5

140

14,2

91,5

2,5

6

90,5

150

87,5

2,5

10

89,5 88

180

14,0

84,5

2,5

13

200

13,9

82,5

2,5

15

87

210

90,5

4,5

5

91

130

13,5

85,5

4,5

10

89,5

160

13,4

82,5

4,5

13

89

170

80,5

4,5 8

15

87,4

180

85

7

90

140

12,9

79

8

13

89

160

82

12

6

90,5

115

12,2

80

12

8

90

130

78

12

10

89,5

140

12,0

73

12

15

88,5

150

79

16

5

91

100

11,2

78

16

6

91

108

11,2

77

16

7

90,5

ПО

11,1

76

16

8

90,5

120

75

16

9

90

120

10,9

74

16

10

89,5

125

71

16

13

89,5

135

69

25

6

92,5

80

9,9

62

25

13

91

85

45

45

10

92

85

7,9

30

60

10

92

80

11

75

14

92,5

80

6,9

*’ Исходная величина зерна 1—8 мкм. *2 При благоприятных условиях изго­товления можно повысить твердость на 0,5—IHJM и предел прочности при изгибе на 10-20%.

Свойства титановольфрамовых твердых сплавов с различными связками

Состав, %

Плотность, г/см3

Твердость NRA

Предел прочности при изгибе, кГ/мм2

WC

TiC

Co

Fe-Ni

100

15,07

92,5

63

99

1

15,0

92

60

85

15

__

____

11,74

93

48

84

15

1

____

11,61

92,5

91

73,5

24

2,5

10,23

92

81

97,5

2,5

15,0

92,5

80

78

16

__

6

91,5

113

78

14

__

8

90,5

124

88

5

7

90

134