Цементированные карбиды

Основное применение вольфрама (в виде карбида вольфрама) находится в производстве твердых сплавов. После открытия Шееле "Вольфрама" в 1781 году, потребовалось еще 150 лет, прежде чем усилия его преемников привели к применению карбида вольфрама в промышленности.

Цементированные карбиды или тяжелые металлы, как их часто называют, являются материаламм, изготовленными "цементированием" твердых монокарбидных вольфрамовых зерен в связующей матрице металла кобальта посредством жидкофазного спекания.

Получаемый материал сочетает в себе высокую прочность, жесткость и высокую твердость.
Начало производства продукции из вольфрама можно отнести к ранним 1920-м годам, когда немецкая компания по производству электрических ламп нашла альтернативу в вольфрамовой проволоке для затратных алмазных волочильных матриц.

Так был получен твердый сплав. Особенно важна была его высокая износостойкость.

Благодаря добавлению карбида титана и тантала были улучшены износостойкость, стабильность к окислению.

 

 

 

Вскоре началась революция в производстве горнодобывающих инструментов. Вольфрамовые инструменты увеличили срок службы инструементов по сравнению со стальными раз в десять.

Наблюдается рост потребления твердого сплава от 10 тонн в 1930 году, до 100 тонн 1935 году, 1000 тонн в начале 1940-х, 10 тысяч тонн в начале 1960-х и почти 30000 тонн в настоящее время.

Происходила эволюция конструкции режущего инструмента. Первое покрытие было тонкослойным (примерно5 мкм толщиной) - титано-карбидным, выполненное процессом химического осаждения паров. Затем покрытия делали из слоя алюминия, нитрида титана.

Параллельно с этим, новые фрезерные порошки, распылительная сушка и спекание привели к улучшению свойств твердосплавов. Следует отметить, что постоянное совершенствование вакуумной технологии спекания и, начиная с конца 1980-х, горячие изостатические спекания (SinterHIP) привели к новым стандартам в качестве твердосплавных материалах.

Спектр доступных размеров зерен WC колебался от 2,0 до 5,0 мкм в твердосплавной промышленности в середине 1920-х годов, в настоящее время размер зерна WC порошков находится в диапазоне от 0,15 мкм до 50 мкм, или даже 150 мкм для некоторых очень специальных применений.

Области применения цементированных карбидов

Первые субмикронные твердые сплавы были запущены на рынок в конце 1970-х, с этого времени, микроструктуры таких твердых сплавов стновились тоньше и тоньше. Твердость и износостойкость таких сплавов увеличивается с уменьшением размера зерна WC.

Основные применения: от горнодобывающей промышленности до электроники.

Основные данные для различных WC-Co и WC-(W,Ti,Ta,Nb)C-Co классов жестких металлов
Класс (wt%)	Твердость HV30	Прочность на сжатие (N × мм -2)	Поперечная прочность на разрыв (N × мм-2)	Модуль Юнга (kN × мм -2)	Трещиностойкость (MPa × m -1/2)	Средний коэффициент теплового расширения (10 -6 × K -1)
WC-4Co	2000	7100	2000	665	8.5	5.0
WC-6Co/S*	1800	6000	3000	630	10.8	6.2
WC-6Co/M**	1580	5400	2000	630	9.6	5.5
WC-6Co/C***	1400	5000	2500	620	12.8	5.5
WC-25Co/M	780	3100	2900	470	14.5	7.5
WC-6Co-9.5 (Ti,Ta,Nb)C	1700	5950	1750	580	9.0	6.0
WC-9Co-31 (Ti,Ta,Nb)C	1560	4500	1700	520	8.1	7.2

S* = субмикрон; M** = мелкий/средний; C*** = крупный