» » Высокотемпературное спекание карбида вольфрама
07.02.2017

Опытным путем было установлено, что в результате спекания брикетов из смеси WC-Co при температурах 1380—1450° (в зависимости от содержания кобальта в шихте) удается получать плотные, почти беспористые и весьма твердые сплавы.
Вследствие уничтожения значительной пористости, свойственной исходному спрессованному брикету, при спекании происходит усадка в линейных размерах приблизительно на 20%.
Спекание проводится в горизонтальной электрической печи с графитовой трубой накала или с алундовой трубой круглого или прямоугольного сечения с молибденовыми нагревателями. В обоих случаях через накаленную трубу непрерывно пропускается струя сухого водорода для защиты спекаемого изделия от окисления. На некоторых производствах применяются вакуумные печи для спекания твердых сплавов, но они еще не нашли повсеместного распространения.
Во избежание разуглероживания продукта брикеты помещают в закрытую угольную лодочку или патрон и пересыпают засыпкой, состоящей из смеси корунда или окиси магния с графитовой крупкой или чистой графитовой крупкой (в особенности для сплавов, содержащих титан).
При спекании возможно также и излишнее науглероживание сплава (в особенности WC Co) за счет повышенной растворимости углерода в расплавленном кобальте при высоких температурах спекания. При последующем остывании сплава избыточный углерод выкристаллизовывается в форме включении графита. Введение корунда в состав засыпки имеет целью устранить возможность излишнего науглероживания.
Алундовая трубчатая печь с молибденовыми нагревателями имеет преимущество перед графитовой трубчатой печью, заключающееся и более удобном автоматическом регулировании температуры. Графитовая труба постепенно выгорает и поэтому представляет собой менее постоянное электросопротивление, чем молибденовые нагреватели. Более высокое электросопротивление молибденового нагревателя позволяет питать печь током более вы со кого напряжения, например 220 или 320 в (и следовательно, меньшей силой тока), что упрощает электропитание и регулирование силы точа
Другим недостатком граф новой трубчатой печи по сравнению с алундовой является также и то что из-за большой сипы тока, применяемого для питания печи (вследствие малого электросопротивления графитовой трубы накала) приходится применять водяное охлаждение торцевых контактных головок печи. Это увеличивает примерно на 15% тепловые потери по сравнению с трубчатой печью.
Кожух печи заполнен теплоизолирующим алундовым порошком. Для предохранения молибденовых нагревателей от окисления в кожух непрерывно поступает водород, который выходит из кожуха через поры алундовой трубы внутрь реакционного пространства и присоединяется к основной струе водорода пропускаемой через трубу накала.
Патроны или лодочки с загрузкой при помощи механического толкателя непрерывно продвигаются вдоль трубы накала.
В зависимости от размеров спекаемых брикетов скорость продвижения лодочек регулируется таким образом, чтобы каждая лодочка пребывала в зоне накала от 20 мин. до полутора часов для полного завершения усадки и образования равномерной плотной структуры.
Характер структуры спеченного сплава типа WC-Co показан на рис. 175. Эта структура представляет собой собрание тесно соприкасающихся, хорошо ограненных зерен карбида вольфрама, переплетенных непрерывной пространственной сеткой кобальтового цемента, заполняющего все поры между зернами карбида. До недавнего времени существовало представление о том, что зерна карбидов в металлокерамических твердых сплавах образуют в результате спекания сплошной скелет, что якобы и обусловливает высокие твердость, сопротивление сжатию и износоустойчивость сплава. Однако исследования последнего времени показали, что это условие не обязательно для сохранения высоких механических свойств сплава.
Если даже большинство или значительная часть карбидных зерен не составляют сплошного скелета (как сейчас допускают в трактовке структур металлокерамических твердых сплавов), то все же тонкие прослойки цементирующего металла, заклиненные в узких зазорах между карбидными зернами, настолько упрочнены в этих условиях, что их деформация также весьма затруднена и они участвуют вместе с твердыми карбидными зернами в создании общих высоких механических свойств сплава. He исключено, что упрочнение прослоек цементирующего металла обязано частично также и остаточным напряжениям термического происхождения.
Наличие сплошных прослоек прочного кобальтового цемента обеспечивает и достаточно высокую прочность сплава при изгибе, составляющую около 50% от прочности быстрорежущей стали и превышающую в 5—6 раз прочность сплавов из литых карбидов вольфрама (табл. 75).
Высокотемпературное спекание карбида вольфрама

Особенно важным свойством твердых сплавов является их жаропрочность (красностойкость), т. е. способность сохранять высокие механические свойства при повышенных температурах.
На рис. 176 показано изменение твердости с температурой для металлокерамических вольфрамокобальтовых (WC-Co) и воль-фрамотитаиокобальтовых (WC-TiC-Co) твердых сплавов по сравнению с быстрорежущей сталью и стеллитами. Из этого рисунка следует, что металлокерамические твердые сплавы сохраняют еще довольно высокую твердость вплоть до 900—1000°.