Характеристики и свойства твердых сплавов

С развитием технологий и увеличивающимися запросами относительно надёжности и долговечности металлов производители пытались создать твердый сплав, который бы удовлетворил потребности покупателей. В конечном итоге им удалось создать тугоплавкий металл, который соответствовал требованиям развивающейся промышленности. Металлурги не остановились на одном успешном соединении и продолжили развивать производство.

Вольфрамосодержащий сплав
Вольфрамосодержащий сплав

Основные сведения

Твердые сплавы распространены в различных областях промышленности. Из них изготавливают детали для станков, машин, кораблей, самолётов, крепёжные элементы, строительные пластины и другие изделия. Часто их используют при производстве инструмента. Людям, занимающимся металлургией и кузнечным делом, желательно знать основную информацию о том, что такое твердый сплав.

История открытия

История открытия твердых сплавов начинается с начала 20 века. До этого периода инструменты для обработки металла изготавливали из инструментальной стали, которая была насыщена углеродом. Однако процесс обработки был малопроизводительным и неэкономичным.

К началу 20 века, совместными усилиями металлургов была разработана высоколегированная инструментальная сталь. Она начала использоваться при обработке труднообрабатываемых видов металлов на высоких скоростях. Спустя непродолжительный промежуток времени она получила название «быстрорежущая сталь». Инструменты из неё впервые были продемонстрированы общественности в 1910 году.

Развитие инструментальной технологии на этом не остановилось. На территории СССР, США и Германии начиная с 1925 года смеси твердых металлов начали выпускаться как товарная продукция. Изготавливались такие товары из карбида вольфрама и металлического кобальта. На территории стран СНГ этот сплав получил название — «победит». Однако новым материалом можно было эффективно обрабатывать чугунные заготовки, но не сталь. В связи с этим продолжилась разработка новых соединений и с 1935 годов появилась вольфрамотитановая смесь. Она подходила для обработки стали, но крошилась при работе с чугуном.

В последующие годы начали использовать синтетические алмазы в качестве покрытия рабочих частей инструментов. Ещё одной разработкой стал эльбор — соединение азота и бора.

Как получают твердые сплавы

Соединения металлов представляют собой смесь порошков, которые прессуются и запекаются. В её состав входят карбиды и кобальт. Смешивают порошки в формах для запекания, прессуют под давлением от 200 кгс/см2. После обработки давлением формы разогреваются до температуры в 1500 градусов. Готовые соединения используют при получении труднообрабатываемых материалов.

Свойства твердых сплавов

Чтобы понять, какой металл или смесь самый прочный в мире, необходимо знать их свойства. Основные характеристики помогут разбираться в тех или иных видах материалов и грамотно использовать их при производстве. Свойства твердых сплавов:

  1. Высокая механическая и термоударная прочность.
  2. Износоустойчивость.
  3. Красностойкость. Этот показатель проявляется при температурах от 900 и до 1000 градусов.

Такие свойства твердых сплавов, как ударопрочность, пластичность, прочность при сжатии или изгибе и твердость напрямую зависят от количества кобальта, содержащегося в соединениях. Также важен размер зерна карбида вольфрама.

Характеристики твердых сплавов

Чтобы определить самый твердый сплав, необходимо разбираться в характеристиках. К ним относится химический состав соединения металлов, его механические и физические свойства, процесс получения готовых сплавов.

Механические и физические характеристики:

  1. Жаропрочность.
  2. Плотность (14,9г/см3–15,2г/см3).
  3. Твердость (89,5HRA-91 HRA).
  4. Теплопроводность — 51 Вт.
  5. Допустимая прочность — 2150 Мпа.

Также к этим характеристикам можно отнести устойчивость соединений к воздействию коррозийных процессов. Самый твердый сплав обладает завышенным физико-механическими характеристиками.

Жаропрочный металл
Жаропрочный металл

Марки

По государственным ГОСТам устанавливается специальная маркировка, которой отмечаются все соединения твердых металлов. Она представляет собой заглавные буквы и цифры:

  1. ВК6М — вольфрамокобальтовая смесь. Цифра 6 указывает на количество кобальта в составе. Буква «В» указывает на вольфрам, соответственно буква «К» — кобальт. Буква «М» обозначает то, в какой сфере применяется этот сплав. Из него изготавливают инструменты для обработки металлов.
  2. ВК2 — в этом случае в смеси содержится 2% кобальта и 98% вольфрама.
  3. ВК8 — в этой смеси кобальта содержится до 8%.
  4. Т14К8 — в таких соединениях содержится третий элемент — титан. Его в составе содержится 14%. Кобальта 8%. Всё остальное это вольфрам.
  5. Т5К10 — аналогична предыдущей смеси, в которой 5% титана, 10% кобальта и 85% вольфрама.
  6. ТТ7К12 — к указанным выше элементам добавляется тантал. Его процентное содержание такое же, как и у титана.

Марки сплава указываются на готовых деталях и заготовках.

Области применения

Существует множество сфер применения твердых сплавов. К ним относятся:

  1. Производство инструмента для обработки металла.
  2. Изготовление деталей для промышленного оборудования.
  3. Оснастка для работы с металлическими заготовками.

Часто твердые сплавы используются в качестве напыления на более мягкие. Сферы применения доходят вплоть до постройки крупного транспорта.

Классификация

Существует специальная международная классификация, именуемая «ИСО». Она разделяет отечественные и зарубежные твердые сплавы по области применения. Маркируется буквами из латинского алфавита:

  1. К — используется для чугуна.
  2. N — обработка цветных металлов и сплавов аналогичным им.
  3. H — применяется при работе с закаленной сталью.
  4. M — для нержавеющей стали.
  5. P — для отливок со сливной стружкой.
  6. S — для работы с жаропрочными сплавами.

Помимо этой классификации, есть разделение по химическим элементам, содержащимся в составе, и количеству основных металлов.

Вольфрамосодержащие

Эти соединения используются при изготовлении режущего инструмента. Они могут маркироваться как ВК или ВКМ. Цифры будут обозначать процентное содержание тех или иных элементов.

Титановольфрамосодержащие

Из этих соединений изготавливают оснастку для обработки стали на высоких скоростях. Марка этих сплавов — ТК. Цифры указывают на содержание кобальта и титана.

Титановольфрамосодержащий сплав
Титановольфрамосодержащий сплав

Как выбрать нужную марку твердого сплава

При выборе марки сплава нужно обращать внимание на их разделение. Это могут быть титановольфрамовые и вольфрамовые смеси. Первыми обрабатывают стали, вторыми — чугун.

Также нужно учитывать физические и механические характеристики. Важную роль играет мощность оборудования, с помощью которого будет проводиться обработка.

Достоинства и недостатки

У твердых соединений металлов существуют как преимущества, так и недостатки. К сильным сторонам относятся:

  1. Высокая механическая и термоударная прочность.
  2. Однородность структуры.
  3. Заточка на инструменте сохраняется гораздо дольше.
  4. Устойчивость к высоким температурам.

К недостаткам можно отнести высокую цену на инструменты и оснастку из твердых соединений.

Продукция из твердых сплавов

В строительных магазинах и на рынках можно найти различные товары из смесей твердых металлов. Это могут быть различные инструменты, детали для машин, станков, электроинструмента, строительные пластины и другие изделия.

4-4 Твердые сплавы и материалы

Твердые соединения металлов популярны в строительстве, металлургии, машиностроении и других отраслях. С их помощью можно обрабатывать твердые материалы, что было крайне проблематично до их появления. Однако за оснастку такого типа придется хорошо заплатить.

Ссылка на основную публикацию