Формирования строения твердых сплавов

 

Карбид вольфрама, WC, не может быть расплавлен, если он сначала не был разложен. (Так называемое литые твердые сплавы - эвтектика, которая была расплавлена при 27000 C; это - WC-W2C и используется как узел в сварочных сплавах для предохранения против износа.). По этой причине, твердый сплав произведен, спечением смеси WC и Co, обычно в области между 1350 и 15000 C. Даже в течение нагревания (от о 7000 C), до 80 % заданного уплотнения, достигнуто спекающейся твердой фазой [13]. В то же самое время, кобальт рассеивает WC так, чтобы он присутствовал в течение изотермического спекания в форме жидкой фазы, насыщаемой с WC (рис. 17-5); эта фаза позволяет полное уплотнение спекаемой части.

После спекания, остаточная пористость должна быть ниже 1 %, и строение должно иметь соответствующее отношение твердости к изгибающейся характеристике сопротивления разрыву твердого сплава (рис. 17-1). Чтобы достигать этого система твердый сплав - связка должна выполнить некоторые требования; в случае системы WC-Cо эти требования выполнены превосходно: расплавленная связка увлажняет твердую материальную фазу полностью и течет между собираемыми материальными точками фазы. В то время как твердая фаза действительно не демонстрирует растворимость для металла-связки, металл-связка имеет растворимость для твердого материала, который является зависящим от температуры (рис. 17-5). В течение спекания твердых материальных, фаза растворяется расплавленным металлом-связкой и повторно осаждается. Чтобы минимизировать межфазную энергию, которая проводит к правильно построенным WC-кристаллам (рис. 17-6). Расплавление меньших и рост больших кристаллов (созревание Оствальда) - причина роста зерна в течение спекания; примеси с инородными атомами даже в малых концентрациях (ppm) противодействуют росту зерен зерна [14].

В течение затвердевания жидкой фазы (в течение охлаждения от температуры спекания), большинство растворенного WC кристализуется назад на твердых частицах. Поскольку растворимость металла-связки уменьшается, далее WC осаждается, пока диффузия не будет остановлена. Долю твердого материала, которая до сих пор является растворенной, стабилизирует кубическая фаза кобальта при комнатной температуре (иначе преобразование в гексагональную фазу в 4170 C) и определять механические свойства связки. Благодаря различным коэффициентам расширения, фаза кобальта, помещенна в напряжение, в то время как WC фазы, подчиненны сжимающему усилию. Это задерживает разрыв хрупкой карбидной фазы в течение механической нагрузки.

Процесс, который был описан, принимает двухфазную область твердого материала и металла-связки (рис. 17-7). В системе W-C-Co, стехиометрическая зона для этой области ограничена 6.08 к 6.20 мас.- % C в WC (стехиометрический состав 6.13 мас.- % C в WC). Иначе, хрупкая троичная система счисления η фаза (W3Co3C) или свободный углерод осаждается, оба из которых уменьшают прочность на изгиб.

При спекании твердых сплавов системы TiC-WC-Co, TiC растворяет карбид вольфрама до уровня насыщения (рис. 17-8). По этой причине, три фазы появляются в строении коммерчески доступних твердых сплавов; они - кубическая смешанная карбидная фаза (W, Ti) C, гексагональный WC и кобальта, как связка. Этот последний насыщается с соотношениями твердых материалов (рис. 17-9). Если TaC также добавлен к сплаву, он входит в смешанное формирование карбидной фазы (W, Ti, Ta) C и в то же самое время сужение доли (W, Ti, Ta) C твердого раствора (рис. 17-8).

Твердые сплавы основанные на TiC -Ni с Mo2C прибавлениями имеют различное строение. В течение спекания, оболочки, сделанные кубических (Ti, Мо)C1-х твердых растворов формируется вокруг магистрального зерна TiC; в отличие от чистого TiC, они хорошо увлажняются свзкой никеля (рис. 17-9). Пока, бориды не использовались в твердых сплавах, для увеличения твердости, потому что хрупкие тройные фазы формируют в течение производства, через влияние связки. Этих фаз можно избегать, прибавляя титан к TiB2(Fe, Cr, Ni) твердым сплавам[15].