3. Твердые сплавы.
Твёрдые сплавы – твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти св-ва при 900-1150⁰С. в основном изготавливаются на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома при различном содержании кобальта или никеля.
Типы твёрдых сплавов. Различают спечённые и литые твёрдые сплавы. Главная особенность спечённых твёрдых сплавов – изделия из их получают методами порошковой металлургии и они поддаются обработке только шлифованием или физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др.). Литые твёрдые сплавы предназначены для наплавки на оснащаемый инструмент и проходят не только механическую, но часто и термическую обработку.
Твёрдые сплавы различают по металлам карбидов, в них присутствующих:
- Вольфрамовые – ВК2, ВК3, ВК3М, и др;
- Титано-вольфрамовые – Т30К4, Т15К6, Т14К8;
- Титано-тантало-вольфрамовые – ТТ7К12, ТТ10К8Б;
- Безвольфрамовые – ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30;
Св-ва твёрдых сплавов. Пластинки из твёрдого сплава имеют HRA 86-92, обладают высокой износостойкостью и красностойкостью (800-1000⁰С), что позволяет вести обработку со скоростями резания до 800 м/мин.
Спечённые твёрдые сплавы – композиционные материалы, состоящие из металлоподобного соединения, цементированного металлом или сплавом. Их основа чаще всего – карбиды вольфрама или титана, сложные карбиды вольфрама и титана (часто и тантала), карбонитрид титана.
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.
4. Кристаллизация металлов.
При переходе металла из жидкого состояния в твердое происходит процесс кристаллизации. Причиной кристаллизации является стремление системы перейти в термодинамически более устойчивое состояние с меньшей свободной энергией. Кристаллизация состоит из двух процессов: зарождения мельчайших частиц кристаллов и роста кристаллов из этих центров.
Рост кристаллов заключается в том, что к их зародышам присоединяются все новые атомы жидкого металла.
В месте соприкосновения кристаллов рост отдельных их граней прекращается и развиваются не все, а только некоторые грани кристаллов. В результате кристаллы не имеют правильной геометрической формы.
Такие кристаллы называют кристаллитами или зернами.
На образование центров кристаллизации влияет скорость охлаждения. Чем больше скорость охлаждения металла, тем больше возникает в нем центров кристаллизации, и зерна получаются мельче.
В зоне мелких кристаллов металл наиболее плотен, в зоне столбчатых кристаллов металл так же плотен, содержит мало раковин, газовых пузырей, однако в стыках кристаллов имеет пониженную прочность.
В слитках, особенно легированных сталей, может встречаться транскристаллизация, когда дендриты кристаллов вырастают на всю длину радиуса. Транскристаллизация зависит от химсостава сплава, перегрева, сечения слитка, температуры стенок изложниц.
В ряде случаев металл может иметь разные решетки, при разных температурах. Этот процесс называется полиморфизмом (аллотропией).