Порошковые твёрдые сплавы

Карбидный скелет и металлическая связка

Порошковые твёрдые сплавы объединяют твёрдую карбидную фазу и металлическую связку. В распространённой системе WC–Co карбид вольфрама обеспечивает сопротивление изнашиванию, а кобальтовая связка участвует в передаче нагрузки и сопротивлении разрушению. Системы с TiC, TaC и другими карбидами имеют иной фазовый состав и области применения. Перечень компонентов сам по себе ещё не определяет свойства готовой пластины.

Технологический маршрут включает смешивание, прессование и жидкофазное спекание. Подготовка смеси должна обеспечить распределение связки и карбидов, а формование — устойчивую заготовку с воспроизводимой плотностью. При спекании жидкая фаза помогает уплотнению, перестройке частиц и формированию связной структуры. После этого окончательную геометрию получают обработкой с учётом требований к поверхности и режущей кромке. Данные изготовителя CERATIZIT показывают, что технологическая цепочка и чистота сырья существенны для повторяемости результата.

Почему проценты нужно подписывать

Содержание кобальта в описании марки обычно выражают массовой долей. Оно не равно объёмной доле, поскольку плотности WC и Co различаются. CERATIZIT прямо отмечает массовое представление содержания связки и совместное влияние связки и размера зерна на свойства. Если инженер сопоставляет микроструктуру с составом, он должен сначала проверить, в каких долях задан каждый показатель.

Для идеализированной двухфазной смеси с аддитивными объёмами теоретическая плотность равна ρ₀ = 1/(wWC/ρWC + wCo/ρCo). Объёмная доля связки vCo = (wCo/ρCo)/(wWC/ρWC + wCo/ρCo). Это расчётная оценка без пор, растворения компонентов и дополнительных фаз. Реальная плотность ниже при остаточной пористости, а отклонение состава или фаз может изменить саму величину ρ₀.

Условный пересчёт состава

Пусть смесь содержит 94 масс.% WC и 6 масс.% Co. Для примера заданы плотности фаз 15,60 и 8,90 г/см³. В 100 г смеси объём WC составляет 94/15,60 = 6,0256 см³, а объём Co — 6/8,90 = 0,6742 см³. Сумма равна 6,6998 см³; расчётная плотность полностью плотной смеси — 14,9258 г/см³. Объёмная доля Co равна 10,06%, хотя массовая составляет только 6%.

Если измеренная сухая плотность той же условной структуры равна 14,70 г/см³, оценка общей пористости составляет (1 − 14,70/14,9258) × 100% ≈ 1,51%. Вывод справедлив лишь при правильной плотности эталонного состава. Значение не заменяет металлографическую оценку пор и не является допустимой пористостью для инструмента. Все числа здесь учебные и не обозначают промышленную марку.

Выбор по характеру отказа

Увеличение связки обычно сдвигает баланс в сторону сопротивления сколу, а уменьшение зерна может повысить твёрдость. Однако переход к другой марке оценивают по каталогу и испытанию конкретной операции. При ударной нагрузке важны трещиностойкость и прочность, при стабильном абразивном изнашивании — износостойкость; максимальная твёрдость не гарантирует наибольшего ресурса.

Остаточные поры, включения, скопления связки и неоднородное зерно создают локальные слабые места. Углеродный баланс также важен: отклонение может приводить к нежелательным фазам или свободному углероду. Контроль плотности дополняют структурой, твёрдостью и показателями, предусмотренными для выбранной марки. Перед сравнением результатов проверяют метод испытания, состояние поверхности и направление нагрузки: разные показатели прочности нельзя подменять одним числом.

Параметры и их смысл

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →

Первичные источники

• CERATIZIT — Cemented Carbide
• CERATIZIT — Production