Твёрдые сплавы
[править]
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(Перенаправлено с Твердые сплавы)
Текущая версия
(не проверялась)
Перейти к: навигация, поиск
Твёрдые сплавы
— твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900—1150°С. В основном изготовляются на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома при различном содержании кобальта или никеля.
| Содержание
[убрать]
- 1
Типы твёрдых сплавов
- 1.1
Свойства твёрдых сплавов
- 1.2
Спечённые твёрдые сплавы
- 1.2.1
Получение твердых сплавов методом порошковой металлургии
- 1.2.2
Номенклатура спеченных твердых сплавов
- 1.3
Разработки
- 1.4
Литые твёрдые сплавы
- 2
Применение
- 3
См. также
- 4
Литература
|
[править] Типы твёрдых сплавов
Различают спечённые и литые твёрдые сплавы. Главной особенностью спеченных твердых сплавов является то, что изделия из них получают методами порошковой металлургии и они поддаются только обработке шлифованием или физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др), а литые твердые сплавы предназначены для наплавки на оснащаемый инструмент и проходят не только механическую, но часто и термическую обработку (закалка, отжиг, старение и др). Порошковые твердые сплавы закрепляются на оснащаемом инструменте методами пайки или механическим закреплением.
Так же твердые сплавы различают по металлам карбидов, в них присутствующих: вольфрамовые — ВК2, ВК3,ВК3М, ВК4В, ВК6М, ВК6, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25; титано-вольфрамовые — Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В; титано-тантало-вольфрамовые — ТТ7К12, ТТ10К8Б.Безвольфрамовые ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30
[править] Свойства твёрдых сплавов
Пластинки из твердого сплава имеют HRA 86-92 обладают высокой износостойкостью и красностойкостью (800—1000°С), что позволяет вести обработку со скоростями резания до 800 м/мин.
[править] Спечённые твёрдые сплавы
Композиционные материалы, состоящие из металлоподобного соединения, цементированного металлом или сплавом. Их основой чаще всего являются карбиды вольфрама или титана, сложные карбиды вольфрама и титана (часто также и тантала), карбонитрид титана, реже — другие карбиды, бориды и т. п. В качестве матрицы для удержания зерен твердого материала в изделии применяют так называемую «связку» — металл или сплав. Обычно в качестве «связки» используют кобальт (кобальт является нейтральным элементом по отношению к углероду, он не образует карбиды и не разрушает карбиды других элементов), реже — никель, его сплав с молибденом (никель-молибденовая связка).
[править] Получение твердых сплавов методом порошковой металлургии
- Получение порошков карбидов и кобальта методом восстановления из оксидов.
- Измельчение порошков карбидов и кобальта (производится на шаровых мельницах в течение 2-3 суток) до 1-2 микрон.
- Просеивание и повторное измельчение при необходимости.
- Приготовление смеси (порошки смешивают в количествах, соответствующих химическому составу изготавливаемого сплава).
- Холодное прессование (в смесь добавляют органический клей для временного сохранения формы).
- Спекание под нагрузкой (горячее прессование) при 1400 °C (при 800—850°С клей сгорает без остатка). При 1400 °C кобальт плавится и смачивает порошки карбидов, при последующем охлаждении кобальт кристаллизуется, соединяя между собой частицы карбидов.
[править] Номенклатура спеченных твердых сплавов
В России и бывшем СССР для обработки металлов резанием применяются следующие спеченные твердые сплавы:
Российские спеченные твердые сплавы применяемые в современной мировой промышленности:
[скрыть]
| Марка
сплава
|
WC %
|
TiC %
|
TaC %
|
Co %
|
Прочность(σ)на изгиб,МПа
|
Твердость,HRA
|
Плотность(ρ), г/см3
|
Теплопроводность(λ),Вт/(м·°С)
|
Е,ГПа
|
| ВК2
|
98
|
—
|
—
|
2
|
1200
|
91,5
|
15,1
|
51
|
645
|
| ВК3
|
97
|
—
|
—
|
3
|
1200
|
89,5
|
15,3
|
50,2
|
643
|
| ВК3-М
|
97
|
—
|
—
|
4
|
1550
|
91
|
15,3
|
50,2
|
638
|
| ВК4
|
96
|
—
|
—
|
4
|
1500
|
89,5
|
14,9-15,2
|
50,3
|
637,5
|
| ВК4-В
|
96
|
—
|
—
|
4
|
1550
|
88
|
15,2
|
50,7
|
628
|
| ВК6
|
94
|
—
|
—
|
6
|
1550
|
88,5
|
15
|
62,8
|
633
|
| ВК6-М
|
94
|
—
|
—
|
6
|
1450
|
90
|
15,1
|
67
|
632
|
| ВК6-ОМ
|
94
|
—
|
2
|
6
|
1300
|
90,5
|
15
|
69
|
632
|
| ВК8
|
92
|
—
|
—
|
8
|
1700
|
87,5
|
14,8
|
50,2
|
598
|
| ВК8-В
|
92
|
—
|
—
|
8
|
1750
|
89
|
14,8
|
50,4
|
598,5
|
| ВК10
|
90
|
—
|
—
|
10
|
1800
|
87
|
14,6
|
67
|
574
|
| ВК10-ОМ
|
90
|
—
|
—
|
10
|
1500
|
88,5
|
14,6
|
70
|
574
|
| ВК15
|
85
|
—
|
—
|
15
|
1900
|
86
|
14,1
|
74
|
559
|
| ВК20
|
80
|
—
|
—
|
20
|
2000
|
84,5
|
13,8
|
81
|
546
|
| ВК25
|
75
|
—
|
—
|
25
|
2150
|
83
|
13,1
|
83
|
540
|
| ВК30
|
70
|
—
|
—
|
30
|
2400
|
81,5
|
12,7
|
85
|
533
|
| Т5К10
|
85
|
6
|
—
|
9
|
1450
|
88,5
|
13,1
|
20,9
|
549
|
| Т5К12
|
83
|
5
|
—
|
12
|
1700
|
87
|
13,5
|
21
|
549,3
|
| Т14К8
|
78
|
14
|
—
|
8
|
1300
|
89,5
|
11,6
|
16,7
|
520
|
| Т15К6
|
79
|
15
|
—
|
6
|
1200
|
90
|
11,5
|
12,6
|
522
|
| Т30К4
|
66
|
30
|
—
|
4
|
1000
|
92
|
9,8
|
12,57
|
422
|
| ТТ7К12
|
81
|
4
|
3
|
12
|
1700
|
87
|
13,3
|
| ТТ8К6
|
84
|
8
|
2
|
6
|
1350
|
90,5
|
13,3
|
| ТТ10К8-Б
|
82
|
3
|
7
|
8
|
1650
|
89
|
13,8
|
| ТТ20К9
|
67
|
9,4
|
14,1
|
9,5
|
1500
|
91
|
12,5
|
| ТН-20
|
—
|
79
|
(Ni15%)
|
(Mo6%)
|
1000
|
89,5
|
5,8
|
| ТН-30
|
—
|
69
|
(Ni23%)
|
(Mo29%)
|
1100
|
88,5
|
6
|
| ТН-50
|
—
|
61
|
(Ni29%)
|
(Mo10%)
|
1150
|
87
|
6,2
|
(Примечание:)
[править] Разработки
| 
|
В этом разделе не хватает ссылок на источники информации.
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
|
В настоящее время в отечественной твердосплавной промышленности проводятся глубокие исследования, связанные с возможностью повышения эксплуатационных свойств твердых сплавов и расширением сферы применения. В первую очередь эти исследования касаются химического и гранулометрического состава RTP(ready-to-press) смесей. Одним из удачных примеров за последнее время можно привести сплавы группы ТСН (ТУ 1966—001-00196121-2006), разработанных специально для рабочих узлов трения в агрессивных кислотных средах. Данная группа является логическим продолжением в цепочке сплавов ВН на никелевой связке, разработанных Всероссийским Научно-Исследовательским Институтом Твердых Сплавов. Опытным путём было замечено, что с уменьшением размера зерен карбидной фазы в твердом сплаве, качественно повышаются такие характеристики, как твердость и прочность. Технологии плазменного восстановления и регулирования гранулометрического состава в данный момент позволяют производить твердые сплавы размеры зерен (WC) в которых могут быть менее 1 микрона. Сплавы ТСН группы в настоящий момент находят широкое применение в производстве узлов химических и нефтегазовых насосов отечественного производства.
[править] Литые твёрдые сплавы
Литые твёрдые сплавы получают методом плавки и литья. Методом порошковой металлургии. Сначала прессуют в форму будущего изделия (напайки), а потом помещают в печь на некоторое время.
[править] Применение
Твердые сплавы ввиду своей высокой твердости применяются в следующих областях:
- Обработка резанием конструкционных материалов: резцы, фрезы, сверла, протяжки и прочий инструмент.
- Оснащение измерительного инструмента: оснащение точных поверхностей микрометрического оборудования и опор весов.
- Клеймение: оснащение рабочей части клейм.
- Волочение: оснащение рабочей части волок.
- Штамповка: оснащение штампов и матриц(вырубных, выдавливания и проч.).
- Горнодобывающее оборудование: напайка спеченных и наплавка литых твердых сплавов.
- Производство износостойких подшипников: шарики, ролики, обоймы и напыление на сталь.
- Рудообрабатывающее оборудование: оснащение рабочих поверхностей.
- Газотермическое напыление износостойких покрытий
[править] См. также
Спечённые материалы
Сплавы хром-кобальт-молибденовые
[править] Литература
- Конструкционные материалы. Под ред, Б. Н. Арзамасова. Москва, изд «Машиностроение», 1990.
- Технология конструкционных материалов. Под ред. А. М. Дальского. Москва, изд «Машиностроение», 1985.
Купить CD версию
| Я ищу:
|
|
Все разделы Наука и техника Технология и промышленность С СП СПЛАВЫ
Наука и техника: Технология и промышленность
Печатать страницу
Все объявления
ЯндексДирект
Дать объявление
Продажа химии оптом на заказ из Германии! Звоните!
eurohim.com
Альфа-металл. Наличие и заказ. Гибкие цены. Алюминий,медь, латунь,бронза.
www.alfametal.ru
СПЛАВЫ,
материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Существуют и другие методы производства – например, порошковая металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу других компонентов.
Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов (см
. табл. 1, 2). Так, например, все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить свойства многих металлов. Если для чистого алюминия предел текучести составляет всего лишь 35 МПа, то для алюминия, содержащего 1,6% меди, 2,5% магния и 5,6% цинка, он может превышать 500 МПа. Аналогичным образом могут быть улучшены электрические, магнитные и термические свойства. Эти улучшения определяются структурой сплава – распределением и структурой его кристаллов и типом связей между атомами в кристаллах. См. также
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ; ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ.
Многие металлы, скажем магний, выпускают высокочистыми, чтобы можно было точно знать состав изготавливаемых из него сплавов. Число металлических сплавов, применяемых в наши дни, очень велико и непрерывно растет. Их принято разделять на две большие категории: сплавы на основе железа и сплавы цветных металлов. Ниже перечисляются наиболее важные сплавы промышленного значения и указываются основные области их применения.
Сталь.
Сплавы железа с углеродом, содержащие его до 2%, называются сталями. В состав легированных сталей входят и другие элементы – хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно было бы перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25% углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55%) идет на изготовление таких низкоскоростных режущих инструментов, как бритвенные лезвия и сверла. Легированные стали находят применение в машиностроении всех видов и в производстве быстрорежущих инструментов. См. также
СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ.
Чугун.
Чугуном называется сплав железа с 2–4% углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей. В правильно выполненных отливках достигаются хорошие механические свойства материала. См. также
МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ.
Сплавы на основе меди.
В основном это латуни, т.е. медные сплавы, содержащие от 5 до 45% цинка. Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), а с содержанием 20–36% Zn – желтой (альфа-латунью). Латуни применяются в производстве различных мелких деталей, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Сплавы меди с оловом, кремнием, алюминием или бериллием называются бронзами. Например, сплав меди с кремнием носит название кремнистой бронзы. Фосфористая бронза (медь с 5% олова и следовыми количествами фосфора) обладает высокой прочностью и применяется для изготовления пружин и мембран.
Свинцовые сплавы.
Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (~70° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.
Легкие сплавы.
Современная промышленность нуждается в легких сплавах высокой прочности, обладающих хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий. Однако сплавы на основе алюминия и магния не могут применяться в условиях высокой температуры и в агрессивных средах.
Алюминиевые сплавы.
К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu). Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). К сожалению, механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами (поскольку продукты коррозии бесцветны, не имеют вкуса и нетоксичны), взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки. Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.
Примесь железа, от которой трудно избавиться, повышает прочность алюминия при высоких температурах, но снижает коррозионную стойкость и пластичность при комнатной температуре. Кобальт, хром и марганец ослабляют охрупчивающее действие железа и повышают коррозионную стойкость. При добавлении лития к алюминию повышаются модуль упругости и прочность, что делает такой сплав весьма привлекательным для авиакосмической промышленности. К сожалению, при своем превосходном отношении предела прочности к массе (удельной прочности) сплавы алюминия с литием обладают низкой пластичностью.
Магниевые сплавы.
Магниевые сплавы легки, характеризуются высокой удельной прочностью, а также хорошими литейными свойствами и превосходно обрабатываются резанием. Поэтому они применяются для изготовления деталей ракет и авиационных двигателей, корпусов для автомобильной оснастки, колес, бензобаков, портативных столов и т.п. Некоторые магниевые сплавы, обладающие высоким коэффициентом вязкостного демпфирования, идут на изготовление движущихся частей машин и элементов конструкции, работающих в условиях нежелательных вибраций.
Магниевые сплавы довольно мягки, плохо сопротивляются износу и не очень пластичны. Они легко формуются при повышенных температурах, пригодны для электродуговой, газовой и контактной сварки, а также могут соединяться пайкой (твердым), болтами, заклепками и клеями. Такие сплавы не отличаются особой коррозионной стойкостью по отношению к большинству кислот, пресной и соленой воде, но стабильны на воздухе. От коррозии их обычно защищают поверхностным покрытием – хромовым травлением, дихроматной обработкой, анодированием. Магниевым сплавам можно также придать блестящую поверхность либо плакировать медью, никелем и хромом, нанеся предварительно покрытие погружением в расплавленный цинк. Анодирование магниевых сплавов повышает их поверхностную твердость и стойкость к истиранию. Магний – металл химически активный, а потому необходимо принимать меры, предотвращающие возгорание стружки и свариваемых деталей из магниевых сплавов. См. также
СВАРКА.
Титановые сплавы.
Титановые сплавы превосходят как алюминиевые, так и магниевые в отношении предела прочности и модуля упругости. Их плотность больше, чем всех других легких сплавов, но по удельной прочности они уступают только бериллиевым. При достаточно низком содержании углерода, кислорода и азота они довольно пластичны. Электрическая проводимость и коэффициент теплопроводности титановых сплавов малы, они стойки к износу и истиранию, а их усталостная прочность гораздо выше, чем у магниевых сплавов. Предел ползучести некоторых титановых сплавов при умеренных напряжениях (порядка 90 МПа) остается удовлетворительным примерно до 600° C, что значительно выше температуры, допустимой как для алюминиевых, так и для магниевых сплавов. Титановые сплавы достаточно стойки к действию гидроксидов, растворов солей, азотной и некоторых других активных кислот, но не очень стойки к действию галогеноводородных, серной и ортофосфорной кислот.
Титановые сплавы ковки до температур около 1150° C. Они допускают электродуговую сварку в атмосфере инертного газа (аргона или гелия), точечную и роликовую (шовную) сварку. Обработке резанием они не очень поддаются (схватывание режущего инструмента). Плавка титановых сплавов должна производиться в вакууме или контролируемой атмосфере во избежание загрязнения примесями кислорода или азота, вызывающими их охрупчивание. Титановые сплавы применяются в авиационной и космической промышленности для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (150–430° C), а также в некоторых химических аппаратах специального назначения. Из титанованадиевых сплавов изготавливается легкая броня для кабин боевых самолетов. Титаналюминиевованадиевый сплав – основной титановый сплав для реактивных двигателей и корпусов летательных аппаратов.
В табл. 3 приведены характеристики специальных сплавов, а в табл. 4 представлены основные элементы, добавляемые к алюминию, магнию и титану, с указанием получаемых при этом свойств.
Бериллиевые сплавы.
Пластичный бериллиевый сплав можно получить, например, вкрапляя хрупкие зерна бериллия в мягкую пластичную матрицу, такую, как серебро. Сплав этого состава удалось холодной прокаткой довести до толщины, составляющей 17% первоначальной. Бериллий превосходит все известные металлы по удельной прочности. В сочетании с низкой плотностью это делает бериллий пригодным для устройств систем наведения ракет. Модуль упругости бериллия больше, чем у стали, и бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и электрических контактов. Чистый бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов в ядерных реакторах. Благодаря образованию защитных оксидных слоев он устойчив на воздухе при высоких температурах. Главная трудность, связанная с бериллием, – его токсичность. Он может вызывать серьезные заболевания органов дыхания и дерматит. См. также КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ и статьи по отдельным металлам.
Таблица 1. НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЫЕ СПЛАВЫ (состав и механические свойства)
Таблица 2. НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЫЕ СПЛАВЫ (физические свойства, характеристика и применение)
Таблица 3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПЛАВЫ (состав, характеристика и применение)
Таблица 4. СВОЙСТВА, ПРИДАВАЕМЫЕ ОСНОВНЫМ МЕТАЛЛАМ В ЛЕГКИХ СПЛАВАХ
ЛИТЕРАТУРА
Вагнер К. Термодинамика сплавов
. М., 1957
Юдкин В.С. Производство и литье сплавов цветных металлов
. М., 1967–1971
Диаграммы фаз в сплавах
. М., 1986
Коротич В.И., Братчиков С.Г. Металлургия черных металлов
. М., 1987
|
