# Полный разбор твёрдых сплавов

Твёрдые сплавы, являясь незаменимыми «промышленными зубами» современной индустрии, благодаря своим выдающимся физико-химическим свойствам играют незаменимую роль в таких областях, как механическая обработка, добыча полезных ископаемых и прецизионное производство. В настоящей статье будет проведён всесторонний анализ твёрдых сплавов с позиций их определения, состава, эксплуатационных характеристик, классификации, технологий производства и сфер применения.

Определение и состав твёрдых сплавов

Твёрдый сплав — это сплавный материал, получаемый методом порошковой металлургии из твёрдых соединений тугоплавких металлов (таких как карбид вольфрама WC, карбид титана TiC, карбид тантала TaC и др.) и связующих металлов (например, кобальта Co, никеля Ni). При этом карбид вольфрама является основной твёрдой фазой твёрдого сплава; его содержание обычно составляет от 70 до 95%, тогда как связующий металл служит для соединения частиц твёрдой фазы и повышения вязкости сплава. Состав твёрдого сплава продуман таким образом, что за счёт регулирования соотношения твёрдой и связующей фаз можно получать сплавные материалы с различными свойствами, отвечающие требованиям различных областей применения.

Свойства и характеристики твёрдого сплава

Твёрдый сплав заслуженно называют «промышленными зубами» прежде всего благодаря целому ряду выдающихся эксплуатационных характеристик:

1. Высокая твёрдость и износостойкость: твёрдые сплавы обладают чрезвычайно высокой твёрдостью — при комнатной температуре она достигает 86–93 по шкале HRA, что соответствует 69–81 по шкале HRC. Их износостойкость значительно превосходит свойства быстрорежущей стали: скорость резания может быть увеличена в 4–7 раз, а срок службы инструмента — продлён в 5–80 раз. Благодаря этому твёрдые сплавы обладают несравненными преимуществами в области обработки резанием.

2. Теплостойкость и химическая стабильность: твёрдые сплавы сохраняют высокую твёрдость в условиях высоких температур; при 500 °C их свойства остаются стабильными, а при 900–1000 °C они по-прежнему обладают термической твёрдостью. В то же время они характеризуются хорошей химической стабильностью: способны противостоять коррозионному воздействию атмосферы, кислот, щелочей и других агрессивных сред, а также мало подвержены окислению.

3. Высокая прочность и вязкость: хотя твёрдые сплавы обладают относительно низкой прочностью на изгиб, их прочность на сжатие достигает 6000 МПа, а модуль упругости значительно превышает соответствующий показатель быстрорежущей стали. За счёт корректировки состава и оптимизации технологического процесса производства можно дополнительно повысить вязкость твёрдых сплавов, что позволяет удовлетворять требованиям различных условий обработки.

Классификация твёрдых сплавов

В зависимости от состава и эксплуатационных характеристик твёрдые сплавы в основном делятся на три основные группы:

1. Вольфрам-кобальтовые сплавы (класс YG): основными компонентами являются карбид вольфрама и кобальт; применяются для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. Например, в сплаве YG8 содержание кобальта составляет 8%, а карбида вольфрама — 92%; такой сплав обладает высокой износостойкостью и ударной вязкостью.

2. Вольфрам-кобальт-титановые (класс YT): на основе вольфрам-кобальтовых твёрдых сплавов добавлением карбида титана повышается обрабатываемость пластичных материалов, таких как сталь. Например, в сплаве YT15 содержание карбида титана составляет 15%, что делает его пригодным для чистового токарного обработки углеродистой стали.

3. Композитные карбидные твёрдые сплавы (класс YW): в состав вводятся редкие карбиды, такие как карбид тантала и карбид ниобия, что обеспечивает сочетание свойств классов YG и YT и делает эти сплавы пригодными для черновой обработки труднообрабатываемых материалов. Например, сплавы YW1 и YW2 подходят как для обработки хрупких материалов, так и для обработки вязких материалов; особенно эффективны они при обработке таких труднообрабатываемых сталей, как нержавеющая сталь и жаропрочная сталь.

Технология производства твёрдых сплавов

Технология изготовления твёрдых сплавов включает четыре основных этапа: смешивание компонентов, шаровая мельница, холодное прессование и горячее прессование с последующим спеканием.

1. Смешивание компонентов: порошок карбида вольфрама смешивают с добавками, такими как кобальт и карбид тантала, в соответствующих пропорциях до однородного состояния.

2. Шаровая молотьба: путём механического сплавления достигается дальнейшее выравнивание состава и повышение свойств сплава.

3. Холодное прессование: при комнатной температуре смесь предварительно прессуют в заготовку, подготавливая её к последующему спеканию.

4. Горячее прессование и спекание: используется вакуумная печь для горячего прессования и спекания; нагрев осуществляется в два этапа (например, отжиг при 800 °C, плотная усадка при 1380 °C), при этом поддерживается определённое давление выдержки (например, 32 МПа), что обеспечивает плотную усадку заготовки и формирование прочной структуры сплава.

Области применения твёрдых сплавов

Твёрдые сплавы благодаря своим выдающимся эксплуатационным характеристикам широко применяются в различных отраслях:

1. Режущий инструмент: твёрдосплавные резцы являются основной силой в области механической обработки и широко применяются при изготовлении таких режущих инструментов, как токарные резцы, фрезы, строгальные резцы и свёрла. Их высокая твёрдость и износостойкость значительно повышают эффективность резания и существенно продлевают срок службы инструмента.

2. Горнодобывающий инструмент: твёрдые сплавы, обладая высокой твёрдостью и высокой ударной вязкостью, широко применяются в таких областях, как буровые установки для геологоразведочных работ, буровые установки на нефтяных и газовых месторождениях, резцы угольных комбайнов и инструменты для инженерно-дорожных работ по разработке грунтов.

3. Изготовление пресс-форм: твёрдосплавные пресс-формы отличаются высокой точностью, высокой износостойкостью и длительным сроком службы; они широко применяются при изготовлении пресс-форм для автозапчастей, электронных компонентов, прецизионных подшипников и других изделий.

4. Износостойкие детали: твёрдые сплавы также применяются для изготовления износостойких деталей, таких как гильзы цилиндров, прецизионные подшипники, сопла и др., играя важную роль в химической промышленности, металлургии и других отраслях.

Твёрдые сплавы, являясь важным материалом современной промышленности, благодаря своим выдающимся эксплуатационным характеристикам и широкому спектру применений стали ключевым фактором, способствующим развитию индустрии. В будущем по мере прогресса науки и технологий и постоянного внедрения инноваций в производственные процессы свойства твёрдых сплавов будут ещё больше улучшаться, а сферы их применения — расширяться.

Тел.: +86-315-7172865

WhatsApp: +86-19358204839

Электронная почта: 461982296@qq.com

Добавить: Зона высокотехнологичного промышленного развития, город Цяньань, провинция Хэбэй