Свойства твёрдых сплавов

Физические свойства.

Плотность. Плотность сплавов зависит от химического состава сплавов (с увеличением содержания Со и титана уменьшается). Плотность снижается при наличии в конкретном сплаве остаточной пористости, свободного графита.

Теплопроводность. Твердые сплавы работают в условиях трения. В результате образуется тепло, которое при хорошей теплопроводности отводится от места контакта с обрабатываемым материалом.
Большое влияние теплопроводность оказывает на обработку резанием материалов, дающих сливную стружку, т.е. такую, которая в процессе резания трется о твердый сплав. Если твердый сплав имеет низкую теплопроводность, то выделяющееся тепло сосредоточивается на режущей кромке резца и стружке. В этом случае стружка размягчается и мало изнашивает сплав, но режущая кромка разогревается и интенсивнее изнашивается. Поэтому теплопроводность должна быть оптимальной, обеспечивая наилучшие режущие свойства сплава.
В пределах одной группы сплавов теплопроводность зависит от количества карбидной фазы и пористости. С уменьшением карбидной фазы и пористости теплопроводность возрастает.
Вольфрамокобальтовые сплавы более теплопроводны, чем титановольфрамовыекобальтовые.>

Коэффициент линейного расширения. (характеризует удлинение тела при нагреве). Коэффициент линейного расширения твердых сплавов зависит от химического состава сплава. С увеличением содержания кобальта коэффициент линейного расширения увеличивается.
Коэффициент линейного расширения титановольфрамовых сплавов примерно в 2 раза ниже, чем для малоуглеродистой стали. Это различие отражается на качестве инструмента с напаянными пластинами. Из-за дополнительных напряжений, возникающих в результате различия в коэффициентах линейного расширения , пластины могут отслаиваться от державки или иметь трещины.

Термические свойства твердых сплавов играют большую роль при изготовлении и эксплуатации инструмента. Твердые сплавы чувствительны к условиям нагрева и охлаждения, а они всегда имеют место при пайке пластин твердого сплава к инструменту, при шлифовании и заточке изделий. Во избежание образования трещин в изделиях из твердых сплавов. Следует применять медленное нагревание и охлаждение при пайке, оптимальные режимы при шлифовании и обильное охлаждение.

Красностойкость - свойство твердого сплава сохранять твердость, износостойкость и другие качества, необходимые для резания. Красностойкость важна для резания стали, т.к. сливная стружка трется о твердосплавную пластину и разогревает ее. Она проявляется в интервале температур 900- 100С. Красностойкость титановольфрамовых сплавов выше, чем вольфрамокобальтовых , благодаря присутствию карбида титана.

Магнитные свойства. Из магнитных свойств сплавов практически важной является величина коэрцитивной силы. Зависит главным образом от содержания кобальта и дисперсности кобальтовой фазы. Чем выше дисперсность кобальтовой фазы, тем выше значение коэрцитивной силы. Чем выше содержание кобальта, тем ниже коэрцитивная сила. (т.к. увеличивается толщина прослоек).
Значения коэрцитивной силы указывают на размер зерен карбидной фазы, т.к. размер участков кобальтовой фазы (при одном и том же содержании кобальта) зависит от величины зерен карбидной составляющей.

Механические свойства.

Твердость - свойство твердого тела сопротивляться проникновению в него другого тела. Твердость- одно из главных свойств твердых сплавов ,т.к. от нее зависит износостойкость.. Главное влияние на нее оказывает количество карбидной фазы и величина зерна этой фазы. С увеличение количества карбидной фазы или уменьшением величины зерна твердость возрастает.
Для ТК-сплавов при постоянном размере зерен фазы WC и при увеличении размера зерен титановой фазы твердость сплава практически не меняется.
Титановольфрамовые сплавы отличаются более высокой твердостью, чем вольфрамовые, т.к. карбид титана тверже, чем карбид вольфрама.
С увеличением плотности (снижении пористости) твердость возрастает.
Наличие в избытке углерода в виде графита снижает твердость сплава, а недостаток углерода, вызывающий появление η-фазы , существенно повышает твердость, но снижает прочность.
Содержание углерода в пределах двухфазной области системы WC-Co не приводит к изменению фазового состава сплава, но отражается на составе кобальтовой фазы в связи с изменением растворимости вольфрама в кобальте (с уменьшением содержания углерода, увеличивается содержание растворенного вольфрама). Состав кобальтовой фазы в значительной степени определяет ее свойства и тем самым свойства сплава в целом)

Предел прочности при изгибе.
Прочность-свойство твердого тела сопротивляться воздействию внешних сил.
Обычно прочность характеризуется величиной разрушающих нагрузок при сжатии, изгибе, растяжении и т.д.
Прочность твердых сплавов -одно из основных свойств.
Предел прочности находится в обратной зависимости от твердости и увеличивается с увеличением содержания кобальта , проходя через максимум 15-20%. Зависит и от величины зерна карбидной фазы. Максимум зависит от содержания кобальта.
Титановольфрамовые сплавы менее прочные, т.к. карбид титана менее прочный. Зависимость прочности и др. свойств от зернистости у ТК-славов более сложная. Наименьшую прочность имеют сплавы с крупной титановой фазой и мелкой фазой WC. При постоянной зернистости титановой фазы с увеличением размера зерен WC-фазы прочность растет, а твердость падает.
Прочность зависит от пористости, наличия графита, степени обезуглероживания, от интенсивности размола.
Предел прочности зависит и от содержания углерода в сплаве. Зависимость отражается кривой, максимум которой проходит при содержании в сплаве углерода 6.12 в пересчете на карбид вольфрама. Причем падение прочности происходит более резко при дефиците углерода, чем в случае его избытка. В общем можно сказать, что предел прочности сохраняет практически постоянное значение в интервале содержания в сплаве от 0.5%Соб. до 0.1%η-фазы.

Предел прочности при сжатии.
Прочность твердых сплавов при сжатии имеет весьма большое значение и характеризует в некоторой степени пластические свойства.
Кривые зависимости σсж от содержания кобальта проходят через максимум, но максимум лежит при значительно меньшем содержании кобальта(4-6%).
С увеличением среднего размера зерна карбидных зерен σсж монотонно уменьшается, но для всех размеров наблюдается максимум в интервале 6-8%. Наиболее высокий уровень σсж наблюдается у мелкозернистых сплавов при содержании кобальта 4 или 8.6%Со.

Ударная вязкость растет непрерывно с увеличением содержания кобальта и ростом зерна. Является функцией прочности, так и пластичности. Поэтому зависимость более сложная.

Пластичность достигается не только увеличением размера зерна, но и применением высокотемпературных процессов восстановления вольфрама и карбидизации.