Общие сведения о тройной системе W-C-Ni

В производстве твердых сплавов в качестве цементирующей фазы применяется главным образом кобальт. Однако высокая стоимость и дефицитность этого металла стимулировали ряд попыток, которые продолжаются и до настоящего времени, заменить его другими металлами, близкими по свойствам, но менее дорогими, в частности, никелем.

Хотя многочисленные сравнительные испытания сплавов WC-Co и WC-Ni показывают преимущество первых по прочности, твердости и износостойкости, сплавы с никелевой связкой в некоторых случаях находят применение. Так, во время Второй мировой войны у нас и в Германии из этих сплавов изготавливали боеголовки для бронебойных снарядов.

Известны работы по изготовлению из этих сплавов режущего инструмента.

В связи с этим следует с точки зрения металловедения рассмотреть возможность использования никеля в качестве цементирующего металла в сплавах на основе карбида вольфрама и выявить причины, обусловливающие различия в свойствах сплавов WC-Co и WC-Ni.

Общие сведения о системе W-C-Ni (рис. 1.5) можно сделать на основании данных по системам: W-C, W-Ni, Ni-C. Из них следует, что система W-C-Ni имеет много общего с системой W-C-Co, что подтвердили Такеда, Бабич и Гарьянова и др.

Рис. 1.5. Диаграмма состояния W-C-Ni с фазовыми полями при стабильной кристаллизации

• 1. В обеих системах в области концентрационного треугольника Ni-WC-W-Ni образуется тройное соединение вольфрама, никеля и углерода, примерный состав которого выражается формулой WjNijC (фаза Гр) с гранецентрированной кубической решеткой. Имеются еще два двойных карбида г|2 и гр, кристаллическая структура которых подобна аналогичным соединениям в системе W-C-Co.
• 2. В обеих системах протекают аналогичные тройные стабильные (Ж —» у' + WC + С) и метастабильные (Ж —» у + р + С) эвтектические реакции. Разрез по линии Ni-WC, в отличие от системы WC-Co, не псевдобинарный, г.е. сплавы по содержанию элементов, отвечающие линии Ni-WC, состоят из трех фаз WC, у' и С. Это свидетельствует о том, что разрез Ni-WC пересекает область, где протекает стабильная эвтектическая реакция Ж —> WC + у' + С (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Политермический разрез системы C-Ni-W при содержании 10 % Ni (по А.М. Захарову)

• 3. Растворимость вольфрама и углерода в никеле при предельном насыщении сплава углеродом в 1,5 раза превышает растворимость этих элементов в кобальте (концентрационная область у' значительно шире, чем в системе W-C-Co).
• 4. Трехфазные поля WC + С + у' и WC + щ + у’ разделены двухфазной областью WC+ у', которая сдвинута относительно линии Ni- WC в сторону трехфазного поля WC + гр + у' в значительно большей мере, чем в системе W-C-Co.

у - метастабильная фаза на основе Ni.