Опишите тройную диаграмму W-C-Co, какие фазы, какая будет структура спеченного твердого сплава спеченного в разных областях.

Система W-C-Co полностью не изучена, но с учетом имеющихся в литературе данных и знания двойных систем компонентов позволяет судить о характере диаграммы состояния этой системы.

Довольно подробно исследовали систему W–C–Со методами рентгенографического и отчасти термического анализа Раутала и Нортон, которые построили изотермический разрез (рис. 3.1) диаграммы состояния при 1400^оС, ряд проекций на контрационный треугольник и вертикальный разрез по линии WC–Со (рис. 3.2, 3.3).

 

 

Рис. 3.1. Диаграмма состояния W – C – Co с фазовыми полями при температуре затвердевания сплавов

 

 

Рис. 3.2. Изотермическое сечение диаграммы состония системы W – C – Co при 1400⁰С. Пунктирные линии ВС и Co – WС соответствуют вертикальным разрезам

 

 

Рис. 3.3. Упрощенный разрез по линии Co – WС диаграммы состояния W – C – Co. Вертикали проведены для сплавов: I – ВК6; II – ВК15; III – ВК30

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. В системе существует три двойных карбида, обозначенных авторами как фазы η, θ, Κ, из которых фазы η и θ имеют кубическую решетку, а фаза K – гексагональную.

2. Фаза η является стабильной, образующейся по перитектической реакции: ж + θ + W = η.

3. В системе выявлен целый ряд перитектических реакций, приводящих к образованию фазовых равновесий, в том числе перитектическая реакция при 1357 ^оС: Ж + η ® WC + γ, в результате которой появляется твердая фаза γ в областях концентраций, отвечающих совместному существованию в твердом состоянии фаз WC, η и частично фаз Ж, WC и γ.

4. Тройная эвтектика γ + WC + С плавится при температуре 1298 ^оС.

5. Предельная растворимость карбида вольфрама в кобальте при температуре плавления эвтектики составляет примерно 10 % (мол.) или 15 % (масс.)[1]. С понижением температуры растворимость карбида вольфрама в кобальте резко падает.

6. Практически не обнаружена растворимость кобальта в карбиде вольфрама, определяемая рентгенографическим методом.

7. В системе W–C–Co образуются двойные и тройные эвтектики. Стабильная двойная эвтектика WC + γ имеет игольчатый вид. При большом увеличении можно видеть строение тройной стабильной эвтектики WC + η + η₁ и характерную для фазы η₁ составляющую скелетного типа.

Важно знать условия появления и свойства фазы η, т.к. она находится в равновесии с фазой WC и γ и может встречаться в технических сплавах.

Крупнейший специалист в области твердых сплавов Дж. Герленд уточнил расположение границы трехфазной области: Ж + WC + η, - со стороны богатой углеродом и построил часть разреза диаграммы через углеродный угол. Он показал, что в сплавах с содержанием углерода 6,06 – 6,12 % кристаллизуется только фазы WC и γ, а при меньшем содержании углерода6,0 – 6,06 %, которые в равновесном состорянии должны состоять из фаз WC и γ, возможно появление фазы η в случае быстрого охлаждения с 1350^оС. Для каждой марки сплава ширина двухфазной области по углероду определяется только пределом растворимости углерода и вольфрама в γ – фазе.

В результате анализа и сопоставления имеющихся в литературе данных о системе W-C-Co представляется наиболее вероятным расположение фазовых полей, линий некоторых двойных эвтектик и точки тройной эвтектики WC + γ + С в концентрационном треугольнике системы при температуре затвердивания сплавов, указанное на рис. 3.1. С учетом этой упрощенной диаграммы можно дать краткую обобщенную характеристику системе W–C–Co, которая поможет при рассмотрении процесса спекания и структурообразования твердых сплавов.

1. Однофазная область твердого раствора γ на диаграмме указывает на существенную растворимость вольфрама и углерода в кобальте.

2. Диаграмма разрезом по линии Co–WC разделяется на две основные области, ограниченные соответственно линиями Co–WC–C–Co и Co–WC–W–Co.

3. Выше линии Co–WC располагается трехфазная область γ + WC + C, а вдоль линии Co–C узкая двухфазная область γ + C.

4. Ниже линии Co–WC характер и расположение фазовых полей диаграммы определяется существованием трех тройных соединений кобальта, вольфрама и углерода, обозначаемых как η₁, η₂, η₃, из которых первые две обладают кубической гранецентрированной решеткой, а η₃ – гексогональной решеткой. Твердая и хрупкая фаза η₁ имеет широкую область гомогенности и отвечает формуле: Co₃W₃C, находясь в равновесии с фазами WC и γ (трехфазное поле WC + γ + η₁ на концентрационном треугольнике). Фаза η₁ встречается в промышленных твердых сплавах WC–Co при недостатке в них углерода («обезуглероженных»). Фазы η₂ и η₃ имеют меньшее содержание углерода и обладают меньшей областью гомогенности, чем фаза η₁.

5. Узкая двухфазная область γ + WC, разделяющая трехфазные поля γ + WC + C и γ + WC + η₁, расположена так, что ее граница, отвечающая высокому содержанию углерода, совпадает с линией Co–WC. Ширина этой области указывает на допустимые колебания в содержании углерода в сплавах WC–Co без опасности появления в них других фаз: графита в случае избытка углерода или фазы η₁ в случае его недостатка.

6. Вблизи линии Co–C области Co–WC–C–Co расположена тройная эвтектика γ + WC + C: 22-24 % W; 73-75 % Co; 2,3-2,4 % C, образующаяся при стабильной кристаллизации, температура плавления которой 1300 ^оС.