Карбидосталь – механически обрабатываемый твёрдый сплав , объединяющий свойства сталей и твердых сплавов. Содержит до 50% карбидной фазы и, по своим свойствам, занимает промежуточное положение между сталями и твердыми сплавами.
Как и стали, карбидосталь поддается пластической деформации. Наличие термообрабатываемой связки позволяет в отожженном состоянии (при твердости HRC 38-42) изготавливать инструмент любой сложной формы.
Высокое содержание карбидной фазы придает материалу лучшую, по сравнению со сталями, износостойкость. В закаленном состоянии твердость карбидостали достигает уровня твердых сплавов (HRA 87-89).
Материал обладает виброгасящими и самосмазывающими свойствами, хорошей устойчивостью против налипания и наволакивания, имеет незначительное изменение размеров при термообработке, хорошо сваривается с другими сталями трением и электросваркой.
Изменяя состав стали возможно получить материал со специальными свойствами, работающих в условиях агрессивных сред, морской воде, кислотах, запыленной среде, а также в условиях высоких температур (до 900̊С).
Предлагаемую технологию возможно рассматривать, как возможность получения новых материалов методом механического легирования стали с добавками тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов, и т.п.).
Разработанный и предлагаемый к производству материал содержит 29,2% по объему карбидов титана (20% по массе) равномерно распределенных в стальной связке из быстрорежущей или штамповой стали.
Основное преимущество разработанной технологии по сравнению с аналогами заключается в том, что в стальной связке сохраняются собственные карбиды (первичные и вторичные), что обеспечивает материалу высокую теплостойкость (красностойкость) и позволяет использовать данную карбидосталь для остролезвийного режущего инструмента (рис.1).
Рисунок 1 – Структура карбидостали, закалка + отпуск. (травление в реактиве Мураками).1000х а – известная технология, b,с – разработанная технология b-спеченная карбидосталь, с-деформированная карбидосталь. Темные включения на светлом фоне – собственные карбиды стальной связки (b, c ).
Следующие отличие заключается в том, что в данной технологии разработаны режимы пластической деформации карбидостали со степенью деформации более 90%. Это позволяет, во-первых, получать материал в котором частицы карбид титана наиболее равномерно распределены в стальной связке (рис.2). Во-вторых, за счёт деформационного предела возможно получить заготовки, наиболее приближенные по форме к конечным размерам готового изделия. В-третьих: пластическая деформация существенно увеличивает прочностные свойства материала, и механические свойства разработанной карбидостали КСТ-1Д находятся на уровне высоколегированных быстрорежущих сталей при том, что карбидосталь содержит в сумме до 50% карбидной фазы.
Рисунок 2 – Структура деформированной карбидостали, 200х
Разработаны 4 марки (состава) карбидостали. Две марки- в варианте спеченной, и две марки в варианте деформированной. Химический состав разработанной карбидосталей приведены в таблице 1.
Табл. 1. Химический состав карбидостали
Механические свойства спеченной и деформированной карбидостали приведены в таблице 2.
Табл. 2. Основные свойства карбидостали
Структура стандартной карбидостали приведена на Рис.3.
Рисунок 3 – Структура стандартной карбидостали. До травления (500х) и после травления (800х). a,b — KCT-1C; c,d — KCT-1D.
Спеченную карбидосталь получают в виде заготовок круглого сечения диаметром от 50 до 150мм и высотой до 300мм. Деформированную карбидосталь получают в заготовках круглого сечения (диаметром от 25 до 50мм), квадратного (сторона квадрата от 20 до 45мм), и прямоугольного сечения (полоса) толщиной от 2 до 20мм и шириной от 30 до 60мм. Возможно изготовление биметаллических заготовок с расположением биметалла в центре или снаружи заготовок.
Преимущества карбидостали по сравнению с инструментальными сталями:
— более высокая твердость в холодном состоянии (на 2-4 ед. HRC);
— более высокая твердость в горячем состоянии (теплостойкость) (на 10-12 ед. HRC при 650°С);
-противостоит наволакиванию и налипанию при обработке цветных металлов;
-незначительное изменение размеров при термообработке;
-легче стали на 12%;
— более высокая износостойкость (в 2-10 раз).
Преимущества карбидостали по сравнению с твердыми сплавами:
— более высокая прочность (на 30-50%);
— более высокая ударная вязкость (в 2-4 раза);
— более низкий коэффициент трения (на 15-25%);
-обладает эффектом самосмазываемости;
— возможность изготовления инструмента любой сложной формы;
— легче твердых сплавов на 50%;
— возможность изготовления биметаллического инструмента.
Преимущества карбидостали по сравнению с зарубежными аналогами:
— более высокая микротвердость и теплостойкость стальной связки, достигаемая за счет особенностей технологий;
— возможность применения карбидостали, в том числе и для режущего инструмента;
— более высокая прочность и ударная вязкость.
Рабочий момент - обсуждение результатов эксперимента. Металловед - Зубкова В.Т. руководитель работ - Бокий Ю.Ф.