Титановольфрамокобальтовые твердые сплавы (сплавы TK)

Легирование BK твердых сплавов карбидом титана или, еще лучше, TiC-WC твердым раствором значительно улучшает их стойкость против окисления, твердость и жаропрочность, так что такими твердыми сплавами можно обрабатывать материалы, образующие непрерывную (сливную) стружку, в частности стали. Благоприятно влияет также пониженная теплопроводность и более низкая склонность к привариванию стружки при обработке резанием стали и других материалов, образующих непрерывную стружку.

Физические и механические свойства твердых сплавов с различным содержанием карбида титана приведены в табл. 110 и характеризуются пространственными диаграммами Бальхаузена, изображенными на рис. 169 и 170. Все, что было сказано выше по поводу сплавов BK о влиянии на их свойства физико-химических и технологических факторов, в равной мере относится и к твердым сплавам TK.

Удельный вес. Вследствие значительно меньшей по сравнению с карбидом вольфрама плотности карбида титана (15,7 и 4,9 г/см3 соответственно) удельный вес TK твердых сплавов ниже, чем BK твердых сплавов. С увеличением содержания карбида титана удельный вес все время снижается (рис. 171). Так как карбид титана (в меньшей степени твердый раствор TiC-WC) содержит примесь окиси или нитрида титана, которые в зависимости от их количества создают типичную макро- или микропористость, относительная плотность твердого сплава этого рода является критерием не только полноты спекания, но также и чистоты сплава.

TK твердые сплавы не столь чувствительны к пережогу, уменьшающему плотность, как это наблюдалось у BK твердых сплавов, о чем можно судить по усадке.

Сравнительно низкий удельный вес сплавов с высоким содержанием карбида титана имеет значение при применении подобных материалов для конструкций, подверженных центробежным усилиям.

Твердость. С увеличением присадки карбида титана твердость вольфрамокобальтовых твердых сплавов повышается. Увеличение содержания кобальта вновь снижает твердость. Соответствующие данные показаны на рис. 170 и 172. При построении пространственной диаграммы (рис. 170), конечно, не учитывались различные факторы, которые могут играть роль при изготовлении (исходные материалы, их чистота, высокая дисперсность, образование твердых растворов, условия спекания, размеры зерен и др.).

Макротвердость TK твердых сплавов находится в зависимости от микротвердости WC-TiC твердого раствора. Амманн и Хиннюбер определили зависимость микротвердости от содержания карбида титана при наличии 6% Co.

Сплавы на основе WC-TiC-Co характеризуются значительным повышением горячей твердости по мере уменьшения содержания карбида вольфрама. Превосходство этих сплавов по сравнению с быстрорежущей сталью еще более резко выражено, чем у BK твердых сплавов (см. рис. 173).

Прочность при изгибе. Прочность при изгибе WC-TiC-Co твердых сплавов непрерывно снижается с увеличением содержания карбида титана (рис. 172). Такое увеличение хрупкости до некоторой степени может быть устранено повышением содержания кобальта. При чрезмерном спекании наблюдается, правда не так сильно, как у BK твердых сплавов, но все же явно выраженное падение прочности при изгибе. Выпадение графита, остаточные поры, примеси окислов и нитридов вызывают уменьшение прочности.

Прочность при сжатии. Прочность при сжатии WC-TiC-Co-твердых сплавов снижается с увеличением содержания карбида титана (рис. 172). Аналогично BK твердым сплавам также и TK твердые сплавы характеризуются исключительно высоким сопротивлением сжатию при повышенных температурах (см. табл. 103).

Ударная вязкость. Были установлены следующие значения работы удара на образцах квадратного сечения (около 16 мм) без надреза из твердого сплава WC-TiC-Co:

Сплав 79% WC, 15% TiC и 6% Co....... 0,056 кем

Сплав 77% WC1 15% TiC и 8% Co....... 0,074 кем.

Жаропрочность и длительная прочность. Жаропрочность твердых сплавов, содержащих карбид титана, имеет большое значение не только при использовании этих материалов для резания или иной механической обработки (для токарных резцов при горячем точении, матрицы для горячего прессования, мундштуки для прессования и др.), но и особенно при изготовлении жаропрочных деталей.

Длительная прочность при 900° была определена равной 10 кг/мм2 У твердого сплава 88% WC, 5% TiC, 7% Co и 15 кг/мм2 у сплава 78% WC, 16% TiC, 6% Co.

Коэффициент термического расширения. С повышением содержания карбида титана несколько увеличивается коэффициент термического расширения. Однако он всегда значительно ниже коэффициента расширения быстрорежущей стали. Величина коэффициента термического расширения имеет большое значение при напаивании твердосплавных пластинок.

Удельная теплоемкость. Удельная теплоемкость твердых сплавов WC-TiC-Co несколько повышается с увеличением содержания карбида титана (табл. 111).

Электрическая проводимость. Электрическая проводимость WC-Co твердых сплавов ухудшается при увеличении содержания карбида титана (см. табл. 112).

Прочность при переменном изгибе. Прочность при переменном изгибе твердого сплава 78% WC, 16% TiC и 6% Co составляет + 38 кг/мм2 при цикле 2*10в6 по сравнению с +40 кг/мм2 у стали (ob = 70 кг/мм2).

Модуль упругости. Модуль упругости твердых сплавов WC-TiC-Co несколько ниже, чем вольфрамокобальтовых твердых сплавов. Модуль упругости уменьшается с повышением содержания карбида титана (см. рис. 172).

Теплопроводность. Теплопроводность твердых сплавов WC-TiC-Co значительно ниже теплопроводности BK сплавов, так как карбид титана хуже проводит тепло, чем карбид вольфрама. С повышением содержания карбида титана теплопроводность непрерывно ухудшается. При применении TK твердых сплавов с содержанием 25—45% карбида титана (обычно применяемых для чистовых работ) необходимо избегать перегрева при заточке и обеспечить хороший отвод тепла, так как иначе могут возникнуть трещины.

По сравнению с быстрорежущей сталью с теплопроводностью около 0,06 кал/см*град*сек различные твердые сплавы на основе WC-TiC-Co характеризуются значениями теплопроводности, приведенным в табл. 112.

Магнитные свойства. В табл. 113 приведены значения магнитного насыщения и коэрцитивной силы для TK твердых сплавов. Карбид титана неферромагнитен и, следовательно, снижает магнитное насыщение. Это может быть использовано для качественного контроля и сортировки.

Структура. Ранее подробно рассмотрены составляющие структуры твердых сплавов WC-TiC-Co. Это в основном более или менее сильно рекристаллизованный карбид вольфрама, содержащий в данном случае некоторое количество растворенного карбида титана (фаза а1 и а2), твердый раствор карбидов титана и вольфрама (в-фаза), включения карбида титана в твердом растворе (в'-фаза) и связующий металл (у-фаза). Чем больше доля твердого раствора в структуре данного состава, тем выше стойкость при резании твердого сплава.

Следует отметить многочисленные работы по изучению структуры TK твердых сплавов.

Стойкость против коррозии и образования окалины. В работах приведены данные о стойкости сплавов WC-TiC-Co против воздействия морской воды, кислот и щелочей. Как можно видеть по данным табл. 105 и 106, сплав 79% WC, 15% TiC и 6% Co характеризуется по сравнению со сплавом ВК6 лучшей антикоррозионной стойкостью как при комнатной температуре, так и при температуре кипения. По сравнению с BK твердыми сплавами сплавы WC-TiC-Co значительно более стойки против окалины. Окисная пленка, затрудняя приваривание твердого сплава к сбегающей стружке, является причиной удовлетворительного поведения подобных сплавов при обработке материалов, образующих непрерывную стружку.

Стойкость при резании. Далее подробно сообщается о стойкости при резании твердых сплавов WC-TiC-Co, в особенности об их более удовлетворительных свойствах при обработке материалов, образующих непрерывную стружку, по сравнению с чисто вольфрамокобальтовыми сплавами. Само собой понятно, что на стойкость при резании благоприятно влияет высокая твердость, оптимальная плотность, хорошая прочность при изгибе, высокая доля твердого раствора в общей массе и все другие факторы, улучшающие эти свойства твердых сплавов.

Износоустойчивость. Характеристика износа сплавов WC-TiC-Co, в частности при резании материалов, образующих непрерывную стружку, и возникающих при этом явлений выкрошивания вследствие приваривания к сбегающей стружке.

При известных обстоятельствах TK твердые сплавы применяют вместо вязких BK твердых сплавов, если кроме сильного износа наблюдается еще дополнительно явление коррозии.

Области применения. В табл. 114 представлены области применения WC-TiC-Co твердых сплавов по литературным данным.