Структура твердых сплавов

В соответствии с диаграммами состояния фазы, составляющие структуру твердых сплавов, это карбиды и металлическая связка.

Для сплавов типа ВК – это карбиды вольфрама (WC) и связка – твердый раствор WC в кобальте.

Для сплавов ТК и ТТК – связка и сложные карбиды (Ti,W)C, (Ti,W,Ta)C.

В соответствии с ГОСТ 9391–80 эти фазы обозначаются следующим образом:

- карбид вольфрама WC – a–фаза;

- карбиды на основе титана и тантала (Ti,W)C, (Ti,W,Ta)C – g–фаза;

- связка – b–фаза.

Однако, структура реальных твердых сплавов более сложная.

Твердые сплавы получают методом спекания, при котором невозможно получить сплошное изделие, в структуре имеются пустоты – поры. Оценку структуры по степени пористости производят сравнением микрошлифа твердого сплава со стандартными шкалами. Шкалы выбираются в зависимости от размера пор в соответствии с ГОСТ 9391–80.

В зависимости от сбалансированности между углеродом и карбидообразующими компонентами в структуре могут появляться дополнительные фазы.

При избытке углерода в структуре появляется графит. При дефиците углерода, т.е. при избытке карбидообразующих компонентов, образуется сложный карбид типа Ме₆С – (WСо)₆С – h–фаза, в которой один атом углерода связывает не один (как в карбиде WС), а шесть атомов металла.

Максимальная прочность твердых сплавов достигается при отсутствии в структуре как графита, так и h– фазы (рис.7) [6]. Наличие графита, обладающего низкой прочностью, естественно снижает предел прочности твердых сплавов. Снижение прочности при наличии h–фазы связано с уменьшением содержания кобальта в связке, т.к. часть его перешла в состав карбида.

Структура твердых сплавов по ГОСТ 9391–80 оценивается следующими характеристиками:

- степенью пористости по стандартным шкалам;

- распределением свободного углерода по стандартной шкале;

- распределением h– фазы по стандартной шкале;

- распределением b– фазы, оценивая его как равномерное или неравномерное;

- класс зернистости – по размерам карбидных частиц (табл.6)

Таблица 6.

Класс зернистости твердых сплавов.

В соответствии с ГОСТ 4872–75 микроструктура должна соответствовать нормам, указанным в табл.7.

Таблица 7.

Требования к микроструктуре твердых сплавов.

Примечание. Степень пористости сплавов не более 0,2%. Присутствие в структуре фазы h кружевной и озерковой форм не допускается.