Твердые сплавы со стальной связкой

Кюбарсепп Я.

Таллинн: Валгус - ТТУ, 1991 г.

Безвольфрамовые твердые сплавы (БВТС) со стальными связками, так называемые карбидостали, являются, согласно ГОСТ 17359-82 (Порошковая металлургия. Термины и определения) порошковыми материалами, состоящими из стали и карбидов массовой долей от 20 до 70 % и подвергающимися в отожженном состоянии механической обработке. Порошковый твердый сплав — это порошковый материал на основе металлоподобных твердых соединений (соединения углерода, азота, бора и кремния с переходными металлами Периодической системы) с металлической связкой, обладающей твердостью выше 80 HRA. Слово "порошковый" означает, что твердые сплавы могут быть получены только методами порошковой металлургии: спеканием, пропиткой, горячим прессованием и т. д. Понятие "твердый сплав" является весьма широким и охватывает как сплавы на основе карбидов (в том числе и карбидостали), так и карбонитридов, нитридов, боридов. Еще более широким является понятие "кермет", представляющей собой, согласно ГОСТ 17359-82, порошковый материал, состоящий из тугоплавких окисных соединений и тугоплавких металлов. Однако, часто это понятие применяется в более широком смысле для всех керамико-металлических композиционных материалов [48]. Керамическая составляющая может быть как оксидом, так и без кислородным тугоплавким соединением (карбидом, нитридом, бори дом). В дальнейшем понятие "БВТС со стальной связкой" применяется в широком смысле для всех сплавов со стальными связками, а понятие "карбид оста ль" — когда твердой фазой является карбид, карбонитродосталь — когда карбо-нитриды, боридосталь — когда бориды.

Карбидостали первоначально разрабатывались как сплавы, по своим свойствам промежуточные между инструментальными сталями и твердыми сплавами. Объемное содержание тугоплавкой фазы (ТФ) в карбидосталях было значительно больше, чем в инструментальных сталях, но меньше, чем в твердых сплавах. Это позволило, после соответствующей термообработки, подвергать их всем видам механической обработки. Такие сплавы содержат обычно 30. . .50 % мае. долей (40. . .60 % об. долей) карбида титана. Такие карбидостали можно считать "традиционными" в отличие от тех, которые содержат больше тугоплавкой фазы. Сталь придает сплавам способность термически и механически обрабатываться, что важно при изготовлении инструмента сложной формы, aTiC— износостойкость. Из-за чрезвычайно высокой твердости связки после термической обработки такие сплавы приобретают твердость, не уступающую твердости ряда стандартных ВТС и БВТС. Однако, благодаря большему содержанию металлической фазы (МФ) у них выше пластичность и вязкость.

В последнее время разрабатываются также БВТС со стальными связками с таким же высоким содержанием ТФ как в стандартных твердых сплавах. Некоторые из таких сплавов имеют высокую прочность и вязкость, не уступающую (при одинаковом объемном содержании ТФ) даже ВТС, и превышают те же свойства БВТС со связками на основе Ni.

Рис. 1. Классификация износостойких материалов в зависимости от объемного содержания твердой фазы.

Место БВТС со стальной матрицей можно показать на рис, 1. Традиционные карбидостали (40. . .60 % об. долей TiC) являются твердыми сплавами, богатыми металлом. Они содержат около двух раз больше тугоплавкой фазы, чем быстрорежущие стали и поэтому их изготовление возможно только методами порошковой металлургии. Многие марки БВТС со стальной связкой можно отнести к твердым сплавам, богатым тугоплавкой фазой. Преимущества, недостатки и области применения каждого из этих типов карбидосталей представлены в главе 6.