» » Применение карбидов тантала и ниобия в производстве твердых сплавов
07.02.2017

Важным направлением в развитии современного производства твердых сплавов является дальнейшее расширение их ассортимента с использованием в составе твердых сплавов, кроме карбидов вольфрама, и титана других твердых соединений.
В качестве примера можно привести появившиеся за последние годы металлокерамические твердые сплавы типа TiC-TaC(NbC)-WC-Co, способы производства которых аналогичны способам производства сплавов типа TiC-WC-Co.
Карбиды тантала, ниобия, титана как и другие карбиды тугоплавких металлов IV и V групп элементов (ZrC, VC), кристаллизуются в однотипных кубических решетках и образуют друг с другом непрерывные ряды твердых растворов. С другой стороны, гексагональный карбид вольфрама образует с этими комплексными карбидами твердые растворы с ограниченной растворимостью (аналогично описанной выше системе TiC—WC).
Применение карбидов тантала и ниобия в производстве твердых сплавов

На рис. 188 показана растворимость WC в сложных карбидах TiC TaC для температур 1450 и 2000° по данным Новатного, Киффера и Кнотека, а на рис. 189 — изотермы растворимости WC в сложных карбидах TiC-NbC по данным А.Е. Ковальского и Я.С. Уманского.
Как видно, при температуре спекания сплавов (около 1500°) растворимость WC, составляющая для системы TiC—WC около 50% Смел.), существенно уменьшается по мере замены часта TiC на TaC или NbC. Растворимость WC в чистых карбидах TaC и NbC составляет примерно 12—13% (мол.).
В связи с уменьшением растворимости WC в твердом растворе карбидов в результате введения в его состав TaC или NbC уменьшается общее содержание WC в сплаве, необходимое для создания трехфазной структуры (т.е. для выделения фазы WC), по сравнению со сплавами TiC-WC-Co.
Так, например, сплавы WC-TiC-TaC-Co, содержащие 2—18% TiC; 2-15% TaC, 5—18% Co, остальное WC, имеют трехфазную структуру: WC (α-фаза), WC-TiC-TaC (β-фаза) и богатокобальтовый "цемент" (γ-фаза).
При уменьшении содержания WC остаются только две фалы — β и γ (аналогично структуре богатотитановых сплавов типа TiC-WC-Co).
Уменьшение общего содержания WC в сплавах WC-TiC-TaC(NbC)-Co в еще большей степени уменьшает теплопроводность этих сплавов по сравнению со сплавами TiC-WC-Co. Это обстоятельство необходимо учитывать в балансе распределения выделяющегося тепла (между резном и обрабатываемым материалом) при использовании твердых сплавов для металлорежущих инструментов.
Введение карбида тантала в состав сплавов TiC-TaC (NbC)-WC-Co несколько уменьшает хрупкость (повышает прочность) сплавов (см. табл. 75), что уменьшает число случаев выкрашиваний режущего лезвия при работе инструмента.
По данным Аммана и Гинкюбера сплавы WC TiC TaC Co при повышенных температурах сохраняют более высокою твердость (более жаропрочны) чем сплавы WC-TiC-Co, хотя при обычной температуре твердость этих сплавов (при сравнимых составах) примерно одинакова.
Эти свойства сплавов TiC-TaC(NbC)-WC-Co создают им некоторые преимущества по сравнению со сплавами TiC-WC-Co.
Главная область применения сплавов TiC-TaC(NbC)-WC-Co, как и сплавов TiC-WC-Co, — это обработка сталей.
Применение карбидов тантала и ниобия в производстве твердых сплавов

Однако и в области сплавов, предназначенных для обработки чугунов и цветных металлов, небольшие добавки (1—2%) комплексных карбидов TaC(NbC) — TiC или TaC(NbC) — VC к сплавам WC-Co повышают твердость и износоустойчивость этих сплавов за счет измельчения зерна WC (вследствие тормозящего влияния указанных добавок на рост зерен WC при спекании). В результате подобного рода сплавы показывают повышенную производительность, например при обработке особо твердых чугунов.
Ассортимент сплавов типа ТiC-TaC(NbC)-WC-Co еще недостаточно установился Так, например, в США распространено около 12 марок сплавов подобного типа с колебаниями составов. 62—85% WC 4—13,5% TiC; 1—22% TaC(NbC); 7,5—12% Co.
В европейских странах составы примерно такого же числа марок колеблются в пределах: 50—84% WC; 3—40% TiC; 1—7% TaC(NbC); 6—12% Co.
Ведутся также исследования по использованию и других карбидов ZrC, VC, а также изучаются возможности использования в составе твердых сплавов боридов тугоплавких металлов (TiB2, ZrB2, W2B5 и др.), обладающих очень высокой твердостью, жаропрочностью и окалиностойкостью и ряда других твердых соединений.