Твердые сплавы WC-TiC-TaC(NbC)-Co

Вместо твердых сплавов WC-TaC-Co и WC-TiC-Co Комшток предложил четырехкомпонентные сплавы WC-TiC-TaC-Co. Эти твердые сплавы, которые в широких пределах включают составы от 35 до 80% карбида вольфрама, от 5 до 45% карбида тантала, от 0,5 до 30% карбида титана и от 1 до 30% связующего металла группы железа, а в узких пределах ограничены 50—70% карбида вольфрама, 10—35% карбида тантала, 3—10% карбида титана и 5—15% связующего металла, характеризуются несколько большей вязкостью и большей режущей стойкостью, чем WC-TiC-Co твердые сплавы. Комшток подчеркивал также незначительное выкрошивание этих твердых сплавов при обработке стали.

Твердые сплавы WC-TiiC-TaC-Co нашли широкое распространение в Америке и почти полностью вытеснили твердые сплавы WC-TiC-Co и WC-TaC-Co; за последнее время они с успехом входят в употребление в Европе. Твердые сплавы WC-TiC-TaC(NbC)-Co, правда, несколько дороже по стоимости сырья, чем сплавы WC-TiC-Co, что особенно сказывается у марок твердых сплавов с высоким содержанием карбида тантала. При сопоставлении твердых сплавов WC-TaC-Co (табл. 116) с содержанием и без содержания карбида тантала можно установить, что сплавы с карбидом тантала (ниобия) по прочности при изгибе примерно на 5—15% превосходят такие же твердые сплавы без карбида тантала; при этом придерживались практического соотношения, что 1 % карбида тантала по стойкости при резании соответствует примерно 0,5% карбида титана.

Киффер объясняет это способностью карбида тантала образовывать твердые растворы, а также его способностью задерживать рост зерен в карбидной фазе. Такое влияние было обнаружено еще при первом появлении вольфрамокобальтовых твердых сплавов, содержащих карбид тантала, и позднее у BK твердых сплавов (для особо твердого чугуна) с добавками твердых растворов TaC-TiC или TaC-VC в количестве от 1 до 2%. При этом не наблюдалась более высокая стойкость при резании у сплавов одинакового основного состава, если не считать благоприятного влияния повышенной вязкости. Повышенную стойкость при резании можно получить (если соответственно повысить содержание TiC-TaC) за счет достигнутой более высокой прочности при изгибе.

Далее следует указать, что многокомпонентные твердые сплавы WC-TiC-TaC-Co по стойкости резания приближаются (или превосходят) к титановольфрамокобальтовым твердым сплавам (состоящим из твердого раствора WC-TiC в основной массе карбида вольфрама и кобальта) только тогда, когда дополнительные карбиды титана и тантала присутствуют в виде насыщенных при 1500° или пересыщенных при более высоких температурах твердых растворов WC-TiC-TaC.

Амманн и Хиннюбер указывают, что твердые сплавы WC-TiC-TaC-Сo по сравнению со сплавами WC-TiC-Co обладают более вышкой горячей твердостью, приблизительно на 50—100 единиц по Виккерсу. Этого улучшения можно достигнуть, даже если содержание кобальта несколько выше.

Твердые сплавы WC-TiC-TaC-Co технологически можно изготовить спеканием, например, из следующих исходных материалов:

1) смеси отдельных карбидов вольфрама, титана и тантала с кобальтом;

2) смеси карбидов вольфрама и тантала с твердым раствором WC-TiC и кобальтом;

3) смеси кобальта с карбидом вольфрама и твердым раствором TiC-TaC;

4) смеси кобальта с карбидом вольфрама и твердыми растворами TiC-WC и TaC-WC;

5) смеси кобальта с карбидом вольфрама и твердым раствором TiC-TaC-WC;

6) смеси квазитройного твердого раствора WC-TiC-TaC с кобальтом.

Следует сделать вывод, что наряду со знанием двойных систем WC-TiC, TiC-TaC, WC-TaC требуются также подробные сведения о псевдотройной системе WC-TiC-TaC и пределах растворимости карбидов. Кроме того, необходимо детально знать способы образования твердых растворов, чтобы иметь возможность изготовлять сплавы с оптимальными свойствами, как это требуется современной твердосплавной техникой.

Из металлографических исследований твердых сплавов на основе карбида вольфрама с 2—18% карбида титана, 2—15% карбида тантала и 5—18% кобальта (в этих пределах колеблется состав преобладающего большинства торговых марок твердых сплавов) вытекает, что наряду с фазой связующего металла (у) всегда имеются два взаимнопроникающих карбидных каркаса: карбид вольфрама (a-фаза в виде а1 или а2) и сложный карбид — твердый раствор TiC-TaC-WC (в-фаза). Вольфрамокарбидный каркас можно определить по характерным блестящим белым многогранным кристаллам; сложный карбид определяется тепловым травлением по желтовато-коричневой окраске кругловатых расплывчатых форм. Если с повышением содержания карбидов титана и тантала увеличивается фаза сложного карбида, то вольфрамокарбидный каркас растворяется и a-фаза появляется только в виде макро- или микродисперсных включений в основной в+у-массе.

У твердых сплавов, применяемых для тонкой расточки и содержащих более 50% карбидов титана и тантала, и у жаропрочных сплавов с содержанием больше 60% карбидов титана и тантала a-фаза совершенно исчезает, уступая место структуре двух-компонентного сплава (в+у).

Плотность, твердость и прочность при изгибе твердых сплавов WC-TiC-TaC(NbC)-Co (торговых марок) приведены в табл. 117 и 118.

Бальхаузен построил пространственную диаграмму для характеристики свойств твердых сплавов WC-TiC-TaC-Co в зависимости от состава; по этой диаграмме, положив в основу соотношения у сплавов WC-Co, TiC-Co и TaC-Сo, можно делать выводы о свойствах твердых сплавов WC-TiC-TaC-Co определенного, состава.

Твердые сплавы WC-TiC-TaC-Co были введены для обработки стали также и в Европе и в значительной мере заменили существующие WC-TiC-Co твердые сплавы. По сравнению с последними они характеризуются прежде всего своей более высокой эксплуатационной надежностью (менее хрупки). Некоторые сплавы с соответствующей структурой могут быть универсальными для обработки материалов как с непрерывной, так и с прерывистой стружкой. В некоторых случаях эти сплавы при обработке чугуна даже несколько превосходят специально предназначаемые для этой цели BK твердые сплавы. Речь идет таким образом о твердых сплавах, которые обладают высоким сопротивлением прошв истирания и одновременно менее хрупки.