Способ пропитки твердых сплавов

13.09.2019

Твердые сплавы можно изготовлять не только совместным спеканием порошкообразных смесей карбидов и связующих металлов, но и, по предложению Баумхауэра, пропиткой пористой карбидной основы жидкой металлической связкой. Пропитку можно осуществить тремя способами: «с полным погружением», «капиллярную» (частичное погружение. — Ред.) и пропитку «наложением». В любом случае пропитанные изделия сходны по структуре, составу и свойствам.

Ниже рассмотрены процессы пропитки «наложением», согласно исследованиям Киффера и Кельбля.

Если на спеченную вольфрамокарбидную пористую заготовку положить соответствующее количество чистого кобальта (например, 5—15% от конечного продукта), то при соответствующем нагревании в восстановительной атмосфере будут протекать процессы, схематически воспроизведенные на рис. 140.

При нагревании такой вольфрамокарбидной заготовки примерно до 1250° (рис. 140, а) наступает слабое спекание карбидных частиц, в особенности при наличии попадающих при размоле примесей металлов группы железа. Это явление можно легко проследить по росту ударной вязкости. Однако прочность при изгибе еще незначительна — ниже 10 кг/мм2. При температуре около 1280°, т. е. температуре эвтектики вольфрам + кобальт + углерод, в местах контакта с кобальтом в результате растворения в нем мельчайших вольфрамо-карбидных частиц образуется жидкая фаза, которая сравнительно быстро проникает в капилляры карбидного каркаса (рис. 140, б). Диффузией карбида вольфрама в кобальте в твердом состоянии ниже эвтектической температуры можно практически пренебречь. С повышением температуры (например, при 1450° спустя 10 мин.) весь кобальт переходит в жидкий сплав карбида вольфрама с кобальтом, но равновесное его распределение в карбидном каркасе достигается лишь после 2—4-часового нагревания при той же температуре (рис. 140, в). Жидкая фаза пропитывает агломераты карбида вольфрама (а), который рекристаллизуется с образованием кристаллов а1 и а2. На поверхности карбидного скелета образуются пропиточные раковины глубиной 1—3 мм (в результате неравномерного растворения частиц карбида вольфрама с поверхности. — Ред.).

При охлаждении до комнатной температуры избыток карбида вольфрама выпадает, а в растворе (у-фаза) остается лишь соответствующее незначительное его количество; происходит также дальнейший рост зерен кристаллов карбида вольфрама (рис. 140, г).

Растворение первоначальных карбидных мостиков, стягивание карбидных частиц в жидкой фазе, процесс усадки и образование новых мостиков происходят совершенно аналогично процессам при обычном спекании. Чтобы устранить образование пропиточных раковин, с успехом применяют вместо чистого кобальта сплавы кобальта с карбидом вольфрама или спрессованный порошок соответствующего состава. Благодаря этому предотвращается разъедание поверхностного слоя при поглощении карбида вольфрама расплавленным кобальтом. На рис. 140, д и 140, е схематически показаны эти условия. Пропиточный сплав эвтектического состава всасывается полностью, причем на поверхности пропитки образуется лишь незначительная шероховатость. Если же в пропиточном сплаве имелся избыток карбида вольфрама (см. рис. 140, ж, з), то на пропитываемом изделии остается легко удаляемый вольфрамокарбидный каркас, содержащий кобальт.

Процесс пропитки можно легко наблюдать невооруженным глазом через кобальтовое стекло. Кажущийся матовым карбидный каркас после перехода эвтектической температуры и полной пропитки и усадки приобретает блестящий вид с резко измененной отражательной способностью.

Процесс пропитки в других системах (например, карбид титана или молибдена и сплав никеля с хромом, кобальта с хромом или кобальта с хромом и молибденом) протекает аналогично описанному выше.

Особые явления наблюдались у многокомпонентных систем. Если, например, пропитывать изделия из WC и твердого раствора WC-TiC (1:1) чистым кобальтом, то на поверхности происходит обеднение карбидом вольфрама, что легко объясняется рис. 140, в. Если же пропитывать сплавом карбида вольфрама с кобальтом при избытке карбида вольфрама, то происходит обратное явление — обогащение поверхностного слоя карбидом вольфрама.

В структуре карбида титана, пропитанного сплавом никеля с хромом, можно видеть округленные карбидные зерна, окруженные пропиточным сплавом. Соответственно первоначальной пористости карбидного каркаса (основы) сплав содержит около 30% (объемн.) хромоникелевой пропитки.

Киффер и Кельбль следующим образом обобщили опыты пропитки твердых сплавов.

1. Применение для пропитки чистых металлов — кобальта, железа или никеля — создает глубокие раковины на поверхности пропитываемого изделия.

2. Предварительное насыщение пропиточного металла твердыми металлическими соединениями, из которых состоит основа, почти полностью устраняет образование раковин.

3. Образование раковин при использовании чистых пропиточных металлов усиливается с увеличением растворимости в них твердых металлических соединений.

4. При непродолжительной пропитке верх изделия плотнее и богаче связующим металлом, чем его нижняя часть.

5. Длительный гомогенизирующий отжиг при температуре спекания создает равномерное распределение связующего металла в пропитываемом изделии.

6. Двусторонняя пропитка (сверху и снизу) приводит к такому же результату, как и продолжительная пропитка или пропитка с полным погружением.

7. С увеличением содержания связующего металла его распределение становится более равномерными и усиливается рост а-кристаллов.

8. При пропитке карбидов с малым удельным весом, например карбид титана, можно вводить 20—45% (вес.) связующего металла. При высоком его содержании (больше 18%) обычное спекание часто приводит к образованию пористых изделий пониженного качества.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна