Аналіз фізичних властивостей твердосплавних пластин

Пластини з цементованого карбіду, що складаються з твердих карбідних фаз (таких як карбід вольфраму) і металевих зв’язуючих речовин (як правило, кобальту), широко використовуються в машинобудуванні, гірничодобувній промисловості та машинобудуванні завдяки своїм чудовим фізичним властивостям. Детальний аналіз їхніх ключових фізичних властивостей має важливе значення для розуміння сфери застосування та переваг продуктивності.

1. Щільність

Щільність є основною фізичною властивістю пластин із цементованого карбіду, зазвичай коливається від 12,0 до 15,0 г/см³. Ця висока щільність в основному пов’язана з високою атомною вагою вольфраму в карбіді вольфраму (основний компонент). Висока щільність надає пластинам хорошу стабільність розмірів — вони менш схильні до деформації під впливом зовнішніх сил або змін температури, що є критичним для інструментів для точної обробки, які потребують суворого контролю розмірів. Крім того, висока щільність певною мірою підвищує стійкість плит до ударів, оскільки щільна структура може краще поглинати та розсіювати енергію зовнішнього удару.

2. Твердість і зносостійкість

Твердість є однією з найвидатніших властивостей твердосплавних плит. Їхня твердість за Віккерсом зазвичай перевищує 1500 HV, що набагато вище, ніж у швидкорізальної сталі та інших звичайних інструментальних матеріалів. Така висока твердість пояснюється твердими карбідними фазами, які утворюють жорстку скелетну структуру. З твердістю тісно пов’язана зносостійкість — висока твердість означає, що пластини можуть протистояти подряпинам, стиранню та адгезії матеріалу під час використання. Наприклад, при різанні металу пластини з твердого сплаву зберігають гострі ріжучі кромки протягом тривалого часу, не стираючись матеріалом заготовки, що значно подовжує термін служби інструментів. Однак твердість пластин можна регулювати, змінюючи вміст металевої зв’язки: збільшення вмісту кобальту трохи знижує твердість, але підвищує в’язкість, тоді як зменшення вмісту кобальту підвищує твердість і зносостійкість.

3. Міцність і міцність

Хоча пластини з цементованого карбіду надзвичайно тверді, їх міцність і в’язкість також є важливими показниками практичних характеристик. Їх міцність на поперечний розрив (TRS) зазвичай коливається від 1500 до 3000 МПа, що дозволяє їм витримувати високі сили згину під час механічної обробки або гірничих робіт. Міцність, яка відноситься до здатності протистояти руйнуванню під ударом, в основному визначається металевим сполучним. Кобальтова сполучна речовина утворює пластичну фазу між зернами твердого карбіду, запобігаючи швидкому поширенню тріщин під час удару пластини. Такий баланс між високою міцністю та помірною в’язкістю дозволяє уникнути проблеми крихкості, яка турбує деякі надтверді матеріали, завдяки чому пластини з цементованого карбіду підходять як для робочих умов із високим навантаженням, так і для умов, схильних до ударів.

4. Коефіцієнт теплового розширення та теплопровідність

Коефіцієнт теплового розширення пластин із цементованого карбіду відносно низький, зазвичай між 5×10⁻⁶/°C і 7×10⁻⁶/°C. Це низьке теплове розширення гарантує, що пластини не зазнають значних змін розмірів під впливом температурних коливань (наприклад, під час високошвидкісного різання, де тертя виділяє тепло). Ця стабільність має вирішальне значення для підтримки точності обробки, оскільки термічна деформація призведе до відхилень у розмірах заготовки. З точки зору теплопровідності пластини з твердого сплаву мають помірну теплопровідність (100-150 Вт/(м·К)), що дозволяє їм швидко передавати вироблене тепло до тримача інструменту або системи охолодження. Ця здатність розсіювати тепло запобігає локальному перегріву, який може пом’якшити сполучну фазу та знизити твердість та зносостійкість пластин.

Таким чином, фізичні властивості твердосплавних пластин — висока щільність, відмінна твердість і зносостійкість, збалансована міцність і в’язкість, а також стабільні теплові характеристики — у сукупності визначають їх чудові характеристики в різних промислових застосуваннях. Розуміння цих властивостей допомагає оптимізувати вибір і використання твердосплавних пластин, максимізуючи їхню практичну цінність.