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 |