Вопрос 1.Опишите точечные дефекты кристаллического строения металлов. Каково их влияние на свойства? (стр. 3 )

На рисунке  концентрация углерода в структуре уменьшается справа налево, т. е. правый край, - это цементированная поверхность.

Как видно насыщенная зона имеет более темный цвет, затем наступает переходная зона, а потом и бездиффузионная зона. В некоторых случаях, когда диффузионная зона состоит из одной фазы и представляет собой твердый раствор, глубину слоя методом травления бывает сложно. В этом случае она определяется посредством определения твердости по поперечному сечению образца, т. к. твердость с уменьшением содержания насыщенного элемента, от поверхности к сердцевине, уменьшается.

ВОПРОС 5. Для изготовления режущего инструмента  используют  сплавы Т5К10  и  Т15К6. Укажите химический состав  сплавов, способ изготовления и область применения. Объясните  область  высокой теплостойкости  этих сплавов.

ОТВЕТ:

Для изготовления  режущих инструментов применяют карбидные  материалы, состоящие из  титана  и кобальта.

Титановольфрамовые твердые сплавы (Т5К10, Т15К6, Т30К4 и др.) пред­назначены для обработки вязких материалов: стали, латуни. Сплавом Т5К10, например, осна­щают режущий инструмент для чернового точе­ния, а также чернового и чистового строгания сталей по корке и окалине (включая стальные тюковки, штампованные заготовки и отливки)

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СПЛАВА: Т5К10  - 15% карбида титана, 10%кобальта, остальное - карбид вольфрама.(100% -(15 +10)) = 85%)

Т15К6 – карбида титана 15%, кобальта 6% и 79% карбид вольфрама.

Титано-вольфрамовые твердые сплавы при содержании TiC менее 15% имеют структуру, состоящую из твердого раствора WC в TiC, твердого раствора Co в WC и TiС, а также избыточных карбидов WC. Если в сплаве более 15% TiC, то весь вольфрам растворяется в TiC и структура состоит из твердого раствора WC в TiC и твердого раствора Со в WC и TiC.

В России сплавы этой группы обозначаются буквами ТК, где Т со следующей за ней цифрой означают процентное содержание TiC, К – процентное содержание Со, остальное WC.

Твердость и теплостойкость твердых сплавов группы ТК выше, чем у сплавов ВК. Критическая температура достигает 850-9000С. Содержание TiC меняется в разных сплавах от 5 до 30%, при этом содержание кобальта соответственно меняется от 4 до 12%. С увеличением содержания кобальта увеличивается прочность, но уменьшается твердость.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 

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 °C клей сгорает без остатка). При 1400 °C кобальт плавится и смачивает порошки карбидов, при последующем охлаждении кобальт кристаллизуется, соединяя между собой частицы карбидов.

ВОПРОС: ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ Применение специальных твердых сплавов дает возможность вести обработку металлов со сверхвысокими скоростями резания, поскольку эти сплавы обладают очень высокой твердостью, износоустойчивостью и красностойкостью. Основу твердых сплавов составляют карбиды тугоплавких металлов: WC, TiC, VC, TaC, NbC, CrC и др., которые имеют высокие температуры плавления, повышающие температуры плавления исходных металлов.

Металлический характер межатомных связей в карбидах определяет и металлический характер их физических свойств: повышенную электропроводность (уменьшающуюся с повышением температуры), повышенную теплопроводность, а также способность взаимодействовать в жидком и твердом состоянии между металлами данной и других групп. Это позволяет на основе карбидов тугоплавких металлов создавать различные композиции твердых сплавов. Карбиды можно получить в виде порошка и в литом состоянии. В зависимости от способа производства твердые сплавы делятся на две группы: металлокерамические и литые.

Металлокерамические твердые сплавы

Это сплавы карбидов некоторых тугоплавких металлов (W, Ti, Ta) с добавками Co (как цементирующего металла). Карбиды W и Ti имеют высокую твердость; Co придает сплавам вязкость и снижает температуру спекания. Металлокерамические твердые сплавы изготовляют методами порошковой металлургии. По структуре карбидных составляющих металлокерамические твердые сплавы делятся на три группы: вольфрамовые (W), титановольфрамовые (Ti-W), и титанотанталовольфрамовые (Ti-Ta-W). Сплавы вольфрамовой группы отличаются повышенной вязкостью, но меньшей твердостью. Изменяя состав сплавов (карбид WC от 97 до 85%, остальное Co), получают различные свойства в зависимости от области применения. Сплавы титановольфрамовой группы имеют более высокую твердость и износоустойчивость, но меньшую вязкость. Добавление карбида TiC взамен части карбида WC уменьшает коэффициент трения пары сплав-сталь. Такое же влияние оказывает и введение других карбидов тугоплавких металлов, кристаллизующихся, как и TiC, TaC или NbC. В результате взаимодействия TiC и WC образуется твердый раствор этих карбидов на основе TiC.

Химический состав металлокерамических твердых сплавов
Группа твердых сплавов	Марка твердых сплавов	Химический состав, %
WС	TiC(TaC)	Co
Вольфрамовая	ВК2	98	-	2
ВК3	97	-	3
ВК3М	97	-	3
ВК4	96	-	4
ВК4В	96	-	4
ВК6М	94	-	6
ВК6	94	-	6
ВК6В	94	-	6
ВК8	92	-	8
ВК8В	92	-	8
ВК10	90	-	10
ВК15	85	-	15
ВК20	80	-	20
ВК25	75	-	25
Титановольфрамовая	Т30К4	66	30TiC	4
Т15К6	79	15TiC	6
Т14К8	78	14TiC	8
Т15К10	85	6TiC	9
Т5К12В	83	5TiC	12
Титанотанталовольфрамовая	ТТ7К12	81	3TaC 4TaC	12
ТТ10К8Б	82	3TaC 7TaC	8

Металлокерамические вольфрамовые сплавы используют при изготовлении режущего инструмента для обработки чугуна, бронзы и неметаллических материалов. Из металлокерамических титановольфрамовых сплавовизготовляют режущий инструмент для обработки сталей. Металлокерамические твердые сплавы применяют также для изготовления волочильных фильер, штампов, прессформ и т. д.

Применение важнейших марок твердых сплавов

ВК2 - чистовая и получистовая обработка чугуна, цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов (резины, фибры, пластмасс, стекла), а также закаленных сталей. ВК3 - резка стекла. ВК3М - чистовая и получистовая обработка серого чугуна, цементованных и закаленных легированных и углеродистых сталей, весьма твердых чугунов, а также для изготовления инструментов, работающих в условиях интенсивного абразивного износа. ВК4 - чистовая и получистовая обработка чугуна, цветных металлов и сплавов, неметаллических материалов, титана и титановых сплавов, нержавеющих сталей и жаропрочных сталей и сплавов. ВК6М - чистовая и получистовая обработка жаропрочных сталей и сплавов, нержавеющих сталей аустенитного класса, специальных твердых чугунов и бронзы, сплавов легких металлов, твердых и абразивных материалов, пластмасс, стекла, термически необработанных углеродистых и лерированных сталей. ВК6 - черновая и чистовая обработка чугуна, цветных металлов и сплавов, неметаллических материалов. ВК8 - черновая обработка чугуна, цветных металлов и сплавов, неметаллических материалов, а также для обработки резанием специальных труднообрабатываемых жаропрочных сталей и сплавов. ВК10 - используют для волочения прутков и труб из стали, а также для быстроизнашивающихся деталей, приспособлений и инструментов. ВК15 - предназначаются для быстроизнашивающихся деталей, приспособлений и инструментов, работающих в условиях небольших ударных нагрузок, а также для режущего инструмента по дереву. ВК20 - для быстроизнашивающихся деталей, приспособлений и инструментов, работающих в условиях средних ударных нагрузок. ВК25 - для быстроизнашивающихся деталей, приспособлений и инструментов, работающих в условиях больших ударных нагрузок. Т30К4 - чистовая обработка незакаленных и закаленных легированных и углеродистых сталей. Т15К6 - черновая, получистовая и чистовая обработка легированных и углеродистых сталей. Т14К8 - черновая, получистовая и чистовая обработка легированных и углеродистых сталей. Т5К10 - черновая, получистовая и чистовая обработка легированных и углеродистых сталей (поковок, штамповок и отливок). Т5К12В - тяжелая черновая обработка стальных поковок, штамповок и отливок, а также для строгания углеродистых и легированных сталей. ТТ7К12 - тяжелая черновая обработка стальных поковок, штамповок и отливок, а также для строгания углеродистых и легированных сталей. ТТ10К8Б - черновая и получистовая обработка некоторых труднообрабатываемых материалов (жаропрочные стали и сплавы и др.).

Литые твердые сплавы

В зависимости от химического состава делятся на три группы. К первой относится релит, являющийся композицией литых карбидов W (WC и W2C). Релит обладает температурой плавления 3500oC, его сплавы отличаются высокой твердостью и износоустойчивостью. Вторая группа - стеллиты - сплавы на Co-Cr-основе с W. Эти сплавы обладают температурой плавления, подобной температурам плавления сталей, высокой твердостью, износоустойчивостью и красностойкостью. На структуру и механические свойства стеллитов оказывает влияние скорость охлаждения. Так, при бысром охлаждении измельчается зерно и повышаются механические свойства. Стеллиты обладают также высокой антикоррозийностью. Хорошая свариваемость позволяет использовать стеллиты для наплавки на инструменты (подвергающиеся износу), благодаря чему их стойкость повышается. При изготовлении режущих инструментов стеллиты используют в виде пластинок или вставных ножей. К третьей группе относятсясормайты - сплавы на Fe-Cr-основе с Mn и Ni. Сормайты обладают меньшей твердостью и красностойкостью, чем стеллиты.