Файл: Джаджиев, В. К. Прогрессивные инструментальные материалы.pdf

подходящей составляющей для нового класса материа­ лов, так как при его добавлении получают наиболее твердые, износостойкие материалы с повышенными ме­ ханическими свойствами. Сам карбид титана — жаро­ стойкий материал, твердость 3200 кГ/мм2. По твердости после алмаза уступает место лишь карбидам бора и кремния. Обладает сравнительно высокой стойкостью против окисления, низким удельным весом (4,9 Г/см3), благоприятными свойствами смачивания переходными металлами и низкой стоимостью исходных сырьевых ма­ териалов.

Интерес к титану усиливает и то обстоятельство, что имеются богатейшие скопления титановых руд. Поэтому мнение о том, что титан — металл дефицитный и доро­ гой, несправедливо, так как не соответствует действи­ тельности. Титан широко распространен в природе. В земной коре его 0,6% (весовых); это намного больше, чем меди, свинца, цинка, олова, никеля и драгоценных металлов, взятых вместе. Из конструкционных металлов титан уступает по распространенности только алюми­ нию, железу и магнию.

Богатые месторождения титановых руд находятся в

СССР, США, Австралии, Мексике, Индии, Норвегии, Канаде. Всего на земном шаре насчитывается более 150 крупных и россыпных месторождений титана. В на­ шей стране имеются титановые руды разных видов. На Южном Урале скопление титановой руды исчисля­ ется миллионами тонн. Таким образом, в Советском Союзе, располагающем крупными сырьевыми ресурса­ ми, созданы большие производственные мощности по выпуску титана и имеются все условия для их нара­ щивания. Стоимость титана в результате совершенст­ вования производства будет постоянно снижаться.

В настоящее время материалы нового класса на ос­ нове карбида титана получили широкое применение во многих странах: СССР, США, ФРГ, Великобритании,

34

Японии, Австрии и др., в которых выпускают большой ассортимент марок твердых сплавов, используемых для изготовления штампового и режущего инструмента, де­ талей измерительных инструментов, антифрикционных деталей и т. д.

Для получения маловольфрамовых и безвольфрамовых сплавов в качестве исходных материалов использу­ ют карбид титана и стали различных классов в зависи­ мости от назначения материалов. Применяют карбид титана, полученный любым способом. Свойства спла­ вов с карбидом титана в качестве исходного материала во многом зависят от чистоты карбида титана. В ка­ честве металлической цементирующей связки исполь­ зуют различные стали: аустенитные, нержавеющие, мар­ тенситные, быстрорежущие, стали карбидного класса и т. д.

Соотношение тугоплавкой карбидной и стальной со­ ставляющих выбирают в зависимости от их назначения и требований, предъявляемых к сплавам. Следует учи­ тывать, что чем выше содержание в сплаве карбида ти­ тана, тем труднее подвергается сплав механической об­ работке в отожженном состоянии. По данным многих исследований, содержание карбида титана в новых сплавах составляет 30—70%.

В последние годы проводят работы по получению новых сплавов, у которых тугоплавкой составляющей являются сложные карбиды: ТіС—WC (при соотноше­ нии составляющих 70:30 и 30:70); Ті—NbC (при соот­ ношении составляющих 85:15). Сплавы со сложными карбидами обладают свойствами, практически не усту­ пающими сплавам WC—Со.

Маловольфрамовые и безвольфрамовые металлоке­ рамические твердые сплавы получают двумя методами порошковой металлургии:

1. Методом пропитки, заключающемся в следующем: пористый брикет, приготовленный прессованием порош­

35

ка карбида титана при небольшом давлении, спекают до образования достаточно плотной массы, а затем поры его заполняют жидкой стальной связкой;

2. Обычным методом порошковой металлургии, за­ ключающимся в смешении исходных порошкообразных материалов с последующим брикетированием и спека­ нием при повышенных температурах.

По мнению ряда исследователей, материалы на ос­ нове карбида титана, полученные методом пропитки, обладают большей ударной вязкостью, чем полученные обычным методом прессования и спекания. Это дости­ гается за счет получения структуры с изолированными мелкими включениями карбидной фазы в металлической матрице.

Технологические преимущества процесса пропитки заключаются в использовании небольших давлений для уплотнения порошков, что дает возможность изготов­ лять изделия сложной формы. Метод пропитки позво­ ляет получить беспористые изделия совершенно пра­ вильной формы с минимальными отклонениями от за­ данных размеров.

Возможность получения новых сплавов методом про­ питки пористых образцов из карбида титана расплав­ ленной сталью ограничена трудоемкостью, сложностью получения пористых образцов и трудностью регулирова­ ния их пористости в необходимых пределах. Поэтому наиболее распространен другой метод порошковой ме­ таллургии — прессование исходных материалов с по­ следующим спеканием. Спекание этих систем происхо­ дит в жидкой фазе, что позволяет получать изделия, обладающие почти теоретической плотностью.

Возможность применения механической обработки термообрабатываемых сплавов после отжига определя­ ется соотношением карбидной и стальной составляющих. Чем больше содержание тугоплавкой составляющей, тем выше твердость металлокерамического материала

36

После ôcex ВИДОВ термической обработки и тем труднее

его обработка в отожженном состоянии. Верхний пределсодержания карбида титана определяется способностью сплавов поддаваться механической обработке в отож­ женном состоянии.

Режимы смягчающего отжига и закалки сплавов определяются классом стали, используемой в качестве связки, и соответствуют режимам термической обра­ ботки этих сталей. Термическую обработку сплавов про­ водят в восстановительной или нейтральной среде. Ре­ жимы термической обработки п твердость некоторых сплавов после термической обработки приведены в табл. 7.

37

Маловольфрамовые и безвольфрамовые твердые сплавы отличаются тем, что у них практически не про­ исходит изменений (наибольшая величина изменений 0,0002 мм/мм) линейных размеров, отсутствуют повод­ ки, коробления изделий в процессе их термообработки. Это обстоятельство следует учитывать для задания не­ больших допусков на готовое изделие с тем, чтобы пос­ ле закалки припуск на чистовую обработку не оказался слишком большим.

Для новых термообрабатываемых твердых сплавов можно применять повторный смягчающий отжиг для за­ каленных изделий. При этом . достигается снижение твердости до величин, характеризующих отожженное со­ стояние материала, без вредного влияния на его струк­ туру, после чего эти материалы можно снова закалять.

При механической обработке сплавов в отожженном состоянии рекомендуется применять пониженные ско­ рости резания, как это.принято в отношении материала с твердостью около 150 кГ/мм2. В качестве материала для обрабатывающего инструмента пригодны быстроре­ жущая сталь и твердые сплавы марки ВКЗМ. В связи с высоким содержанием очень твердых карбидов титана, при обработке не всегда получаются гладкие поверх­ ности, так как. отдельные карбиды вдавливаются или вырываются. Эта же причина заставляет считаться с повышенным износом инструмента. Наилучшие резуль­ таты получены при снятии стружки несколько большей толщины, чем обычно.

Термообрабатываемые твердые сплавы в отожжен­ ном и закаленном состоянии могут подвергаться шли­ фовке с охлаждением или без пего, по для этого требу­ ются алмазные круги с открытыми и острыми зернами. В отожженном состоянии сплавы лучше поддаются шлифовке, чем после закалки.. Поэтому рекомендуется оставлять возможно меньший допуск под закалку. В за­ висимости от формы изделия в большинстве случаев с

38

териалов от их твердости. Обнаружены также лучшие антифрикционные свойства ТіС — сталь по сравнению с чистыми сталями.

Для увеличения износостойкости безвольфрамовых сплавов рекомендуется проводить азотирование после

40