Легированный материал, изготовленный из твердого соединения тугоплавкого металла и связующего металла с помощью процесса порошковой металлургии. Твердый сплав обладает рядом превосходных свойств, таких как высокая твердость, износостойкость, хорошая прочность и ударная вязкость, термостойкость и коррозионная стойкость, особенно его высокая твердость и износостойкость, которые остаются практически неизменными даже при температуре 500 ° C, по-прежнему имеют высокую твердость при 1000 ℃. Твердый сплав широко используется в качестве инструментального материала, такого как токарные резцы, фрезы, рубанки, сверла, расточные инструменты и т. д., для резки чугуна, цветных металлов, пластика, химических волокон, графита, стекла, камня и обычной стали, а также может использоваться для резки труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочная сталь, нержавеющая сталь, высокомарганцевая сталь, инструментальная сталь и т. д. Скорость резания новых твердосплавных инструментов теперь в сотни раз выше, чем у углеродистой стали.
Применение твердого сплава
(1) Материал инструмента
Твердый сплав является самым большим инструментальным материалом, который может быть использован для изготовления токарных резцов, фрез, рубанков, сверл и т. д. Среди них карбид вольфрама-кобальта подходит для обработки коротких стружек черных и цветных металлов и обработки неметаллических материалов, таких как чугун, литая латунь, бакелит и т. д.; карбид вольфрама-титана-кобальта подходит для длительной обработки черных металлов, таких как сталь. Обработка стружкой. Среди подобных сплавов сплавы с большим содержанием кобальта подходят для черновой обработки, а с меньшим содержанием кобальта — для чистовой. Твердые сплавы общего назначения имеют гораздо более длительный срок службы при обработке труднообрабатываемых материалов, таких как нержавеющая сталь.
(2) Материал формы
Твердый сплав в основном используется для изготовления штампов для холодной обработки, таких как штампы для холодной вытяжки, штампы для холодной штамповки, штампы для холодной экструзии и штампы для холодной штамповки.
Твердосплавные штампы для холодной высадки должны обладать высокой ударной вязкостью, вязкостью разрушения, усталостной прочностью, прочностью на изгиб и износостойкостью в условиях интенсивной и интенсивной ударной нагрузки. Обычно используются сплавы со средним и высоким содержанием кобальта, а также со средним и крупным зерном, например, YG15C.
В целом, зависимость между износостойкостью и прочностью твёрдых сплавов противоречива: повышение износостойкости приводит к снижению прочности, а повышение прочности неизбежно приводит к снижению износостойкости. Поэтому при выборе марок сплавов необходимо учитывать конкретные требования к их применению в зависимости от объекта и условий обработки.
Если выбранная марка склонна к раннему растрескиванию и повреждению во время использования, следует выбрать марку с более высокой вязкостью; если выбранная марка склонна к раннему износу и повреждению во время использования, следует выбрать марку с более высокой твердостью и лучшей износостойкостью. Следующие марки: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C. Слева направо твердость уменьшается, износостойкость уменьшается, а вязкость увеличивается; и наоборот.
(3) Измерительные инструменты и износостойкие детали
Твердый сплав применяется для изготовления износостойких вставок и деталей измерительных инструментов, прецизионных подшипников шлифовальных станков, направляющих пластин и направляющих стержней бесцентрово-шлифовальных станков, верхних частей токарных станков и других износостойких деталей.
Связующими металлами обычно являются металлы группы железа, чаще всего кобальт и никель.
При производстве твердого сплава размер частиц исходного порошка составляет от 1 до 2 микрон, а чистота очень высокая. Исходные материалы дозируются в соответствии с заданным соотношением компонентов, после чего в шаровой мельнице для мокрого помола добавляется спирт или другая среда для полного смешивания и измельчения. Смесь просеивается. Затем смесь гранулируется, прессуется и нагревается до температуры, близкой к температуре плавления связующего металла (1300–1500 °C). Закаленная фаза и связующий металл образуют эвтектический сплав. После охлаждения закаленные фазы распределяются в сетке связующего металла и тесно связаны друг с другом, образуя единое целое. Твердость твердого сплава зависит от содержания закалённой фазы и размера зерна: чем выше содержание закалённой фазы и мельче зерна, тем выше твёрдость. Прочность твердого сплава определяется связующим металлом. Чем выше содержание связующего металла, тем выше прочность на изгиб.
В 1923 году немецкий инженер Шлертер добавил 10–20% кобальта в порошок карбида вольфрама в качестве связующего вещества и изобрел новый сплав карбида вольфрама с кобальтом. По твёрдости он уступает только алмазу. Это был первый твёрдый сплав. При резке стали инструментом из этого сплава режущая кромка быстро изнашивается, а иногда и растрескивается. В 1929 году в США Шварцков добавил в исходный состав определённое количество карбида вольфрама и карбида титана, что улучшило характеристики инструмента при резке стали. Это ещё одно достижение в истории развития твёрдых сплавов.
Твердый сплав обладает рядом превосходных свойств, таких как высокая твердость, износостойкость, хорошая прочность и вязкость, термостойкость и коррозионная стойкость, особенно его высокая твердость и износостойкость, которые остаются в основном неизменными даже при температуре 500 ° C, по-прежнему имеет высокую твердость при 1000 ℃. Твердый сплав широко используется в качестве инструментального материала, такого как токарные резцы, фрезы, рубанки, сверла, расточные инструменты и т. д., для резки чугуна, цветных металлов, пластмасс, химических волокон, графита, стекла, камня и обычной стали, а также может использоваться для резки труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочная сталь, нержавеющая сталь, сталь с высоким содержанием марганца, инструментальная сталь и т. д. Скорость резания новых твердосплавных инструментов теперь в сотни раз выше, чем у углеродистой стали.
Твердый сплав также может использоваться для изготовления инструментов для бурения горных пород, горнодобывающих инструментов, бурильных инструментов, измерительных инструментов, износостойких деталей, металлических абразивов, гильз цилиндров, прецизионных подшипников, сопел, металлических форм (таких как волочильные матрицы, матрицы для болтов, матрицы для гаек и различные формы для крепежных деталей; превосходные характеристики твердого сплава постепенно вытеснили прежние стальные формы).
Позднее появились и твердые сплавы с покрытием. В 1969 году в Швеции был успешно разработан инструмент с покрытием из карбида титана. Основой инструмента является карбид вольфрама-титана-кобальта (карбид вольфрама-кобальта). Толщина покрытия из карбида титана на поверхности составляет всего несколько микрон, но по сравнению с инструментами из сплавов той же марки срок службы увеличивается в 3 раза, а скорость резания увеличивается на 25–50%. В 1970-х годах появилось четвертое поколение инструментов с покрытием для обработки труднообрабатываемых материалов.
Как спекается карбид вольфрама?
Твердый сплав — металлический материал, изготовленный методом порошковой металлургии из карбидов и связующих металлов одного или нескольких тугоплавких металлов.
Mосновные страны-производители
В мире насчитывается более 50 стран, производящих твердый сплав, общий объем производства которых составляет 27 000–28 000 тонн. Основными производителями являются США, Россия, Швеция, Китай, Германия, Япония, Великобритания, Франция и др. Мировой рынок твердых сплавов в основном насыщен, рыночная конкуренция очень жесткая. Китайская промышленность твердых сплавов начала формироваться в конце 1950-х годов. С 1960-х по 1970-е годы китайская промышленность твердых сплавов быстро развивалась. В начале 1990-х годов общие производственные мощности Китая по производству твердого сплава достигли 6000 тонн, а общий объем производства твердого сплава достиг 5000 тонн, уступая только России и США, и занимая третье место в мире.
резак для WC
①Твердый сплав вольфрама и кобальта
Основными компонентами являются карбид вольфрама (WC) и связующий кобальт (Co).
Его сорт состоит из «YG» («твердый и кобальтовый» на китайском пиньине) и процента среднего содержания кобальта.
Например, YG8 означает, что среднее содержание WCo=8%, а остальное — карбид вольфрама-кобальта или карбид вольфрама.
ножи TIC
②Карбид вольфрама-титана-кобальта
Основными компонентами являются карбид вольфрама, карбид титана (TiC) и кобальт.
Его класс состоит из двух иероглифов «YT» («твердый, титан» в китайской системе пиньинь) и среднего содержания карбида титана.
Например, YT15 означает среднее содержание WTi=15%, а остальное — карбид вольфрама и карбид вольфрама-титана-кобальта с содержанием кобальта.
Инструмент из вольфрамово-титанового тантала
③Вольфрам-титан-танталовый (ниобиевый) карбид
Основными компонентами являются карбид вольфрама, карбид титана, карбид тантала (или ниобия) и кобальт. Этот вид твёрдого сплава также называют универсальным твёрдым сплавом.
Его класс состоит из «YW» (китайский фонетический префикс «твёрдый» и «вань») и порядкового номера, например YW1.
Эксплуатационные характеристики
Сварные твердосплавные пластины
Высокая твердость (86～93HRA, эквивалентно 69～81HRC);
Хорошая термическая твердость (до 900～1000℃, выдерживает 60HRC);
Хорошая стойкость к истиранию.
Твердосплавный режущий инструмент в 4–7 раз быстрее, чем инструмент из быстрорежущей стали, а его стойкость в 5–80 раз выше. При изготовлении пресс-форм и измерительных инструментов срок службы инструмента в 20–150 раз выше, чем у инструмента из легированной стали. Он позволяет резать материалы твёрдостью около 50HRC.
Однако твердый сплав хрупок и не поддается механической обработке, а изготовление из него цельных инструментов сложной формы затруднительно. Поэтому часто изготавливают лезвия различной формы, которые крепятся к корпусу инструмента или пресс-формы сваркой, склеиванием, механическим зажимом и т. д.
Бар специальной формы
Спекание
Формование твердого сплава путем спекания заключается в прессовании порошка в заготовку, которая затем помещается в спекательную печь для нагрева до определенной температуры (температуры спекания), выдерживается в течение определенного времени (времени выдержки), а затем охлаждается для получения твердого сплава с требуемыми свойствами.
Процесс спекания твердого сплава можно разделить на четыре основных этапа:
1. На этапе удаления формообразующего вещества и предварительного спекания спеченное тело изменяется следующим образом:
Удаление формовочного материала. С повышением температуры на начальном этапе спекания формовочный материал постепенно разлагается или испаряется, а спеченное тело удаляется. Вид, количество и процесс спекания различаются.
Оксиды на поверхности порошка восстанавливаются. При температуре спекания водород может восстанавливать оксиды кобальта и вольфрама. При удалении формообразующего агента в вакууме и спекании реакция взаимодействия углерода с кислородом неинтенсивна. Контактные напряжения между частицами порошка постепенно снимаются, связующий металл начинает восстанавливаться и рекристаллизоваться, начинается поверхностная диффузия, и прочность брикетирования повышается.
2: Стадия твердофазного спекания (800℃–температура эвтектики)
При температуре до появления жидкой фазы, помимо продолжения процесса предыдущей стадии, интенсифицируются твердофазная реакция и диффузия, усиливается пластическое течение, а спеченное тело существенно усаживается.
3: Стадия жидкофазного спекания (температура эвтектики – температура спекания)
При появлении в спеченном теле жидкой фазы усадка быстро завершается, после чего следует кристаллографическое превращение с образованием базовой структуры и строения сплава.
4: Стадия охлаждения (температура спекания – комнатная температура)
На этом этапе структура и фазовый состав сплава претерпевают некоторые изменения при различных условиях охлаждения. Это может быть использовано для нагрева твердого сплава с целью улучшения его физико-механических свойств.
Время публикации: 11 апреля 2022 г.
