Важной областью применения твердых сплавов являются сопла всех видов. Сопла для пескоструйной обработки, сопла воздуходувок, разбрызгивающие и распылительные сопла, стеклопрядильные сопла и мундштуки прессов и т. д. изготавливаются с использованием твердых сплавов.
В текстильной промышленности все более широкое применение находят направляющие кольца из твердых сплавов для нитей из натурального или искусственного шелка. Аналогичные направляющие кольца применяют при изготовлении проволочной сетки, перемотке проволоки, намотке катушек, направляющих буксировочных тросов самолетов.
В керамической промышленности и порошковой металлургии твердые сплавы используются в качестве износостойкого материала для изготовления и армирования деталей размольного и прессового оборудования (футеровка мельниц, пресс-инструмент).
Сверхтвердые материалы. К сверхтвердым относят материалы, микротвердость которых превышает 45 ГПа. К ним относятся алмазы, нитрид бора (кубический и вюрцитный), карбид бора и материалы на их основе.
Синтетические сверхтвердые поликристаллические (СТП) материалы эффективно используются в различных отраслях народного хозяйства. Первоначально СТП, в основном, использовались в инструментальном производстве, но в настоящее время их применяют и как конструкционный материал.
В зависимости от исходного сырья СТП можно разделить на три группы. К первой группе относятся материалы на основе алмаза, ко второй -- на основе кубического нитрида бора, к третьей -- композиционные материалы, содержащие как алмаз, так и твердые оксиды, нитриды бора, карбиды.
Алмазный инструмент используют для следующего:
1. заточки, шлифования и доводки твердосплавного инструмента (металлорежущего инструмента для обработки древесины и ее заменителей, применяемого в горнорудной промышленности и различных ее отраслях);
2. заточки и доводки хирургических инструментов;
3. обработки изделий из твердого сплава различного целевого назначения;
4. обработки часовых, приборных и ювелирных камней (синтетического рубина, сапфира, агата, яшмы, самоцветов и янтаря);
5. обработки кристаллов природных алмазов при изготовлении из них бриллиантов и инструмента;
6. доводочного шлифования стальных и чугунных изделий;
7. изготовления твердосплавных и стальных шлифов для металлографических исследований.
Алмазный порошок и связка образуют композиционный материал, который в виде алмазоносного слоя является рабочей частью инструмента. Алмазоносный слой определяет работоспособность и срок службы инструмента и характеризуется маркой и зернистостью алмазного порошка, маркой связки, твердостью, концентрацией алмазов, формой и размерами. Такой слой, как правило, прочно соединен с корпусом инструмента, наличие которого принципиально отличает алмазный абразивный инструмент от других типов абразивного инструмента. Материал корпуса и метод соединения с алмазоносным слоем выбирают в зависимости от марки связки, формы, размеров и назначения инструмента.
В настоящее время разработано множество марок сверхтвердых материалов на основе нитрида бора, различающихся составом, технологией получения и областями применения. Поликристаллические материалы на основе нитрида бора могут содержать одну кубическую кристаллическую модификацию (эльбор, кубонит, кибор). Разработаны также материалы, содержащие как сфалеритоподобную, так и вюрцитоподобную модификации нитрида бора (Гексанит-Р).
Изделия из СТП представляют собой различной формы пластины и специальные цилиндрические вставки массой от 5·10-5 до 5·104 кг, применяющиеся для производства металлорежущего инструмента (резцов, сверл, фрез), используемого при обработке закаленных сталей и чугунов с твердостью более 40 HRC. Стойкость инструмента из СТП при обработке таких материалов более чем в 10 раз превышает стойкость инструментов из твердых сплавов, что обеспечивает повышение производительности обработки в 2…4 раза.
Пористые порошковые материалы
Одной из особенностей порошковых материалов является то, что технологии порошковой металлургии предопределяют наличие пор в структуре материала. Поры присутствуют во всех изделиях порошковой металлургии. Размеры пор, их форма и распределение в материале определяют его механические, физические и эксплуатационные свойства. Современные технологии позволяют изменять содержание пор в порошковых материалах (от 0 до 70 %) и, таким образом, получать как беспористые или низкопористые изделия, так и высокопористые материалы и изделия из них.
Работоспособность пористых порошковых материалов (ППМ) и их области применения определяются наличием взаимосвязанной системы пор. Эта поровая структура обеспечивает ППМ проницаемость для газов или жидкостей, фильтрующую способность, способность к капиллярному транспорту жидкости и ее удержанию в порах, развитую удельную поверхность и другие свойства.
Пористые порошковые материалы успешно применяются в космической технике, машино- и приборостроении, промышленности (радиоэлектронной и химической), атомной энергетике, медицине, сельском хозяйстве. По сравнению с другими проницаемыми материалами на органической (войлок, бумага, ткань, полимер) и неорганической (керамика, асбест, стекло) основах, ППМ характеризуются лучшей проницаемостью, большей прочностью, пластичностью и устойчивостью к тепловым ударам. Эти материалы коррозионностойки и жаропрочны, могут работать при температурах >1000 °С, просты и экономичны в изготовлении, допускают многократное использование.
Согласно существующей классификации ППМ и их области применения можно разделить на три группы:
1. фильтрующие (фильтры, фазоразделители, распределители газовых и жидкостных потоков, глушители звуковых и механических колебаний, огнепреградители и др.);
2. капиллярно-пористые (испарители, конденсаторы, капиллярные структуры тепловых труб, капиллярные насосы и т. п.);
3. материалы со специальными свойствами (пористые аноды, пластины аккумуляторных батарей, заменители костной ткани, катализаторы, каталитично-диффузионные мембраны и т. д.).
Фильтрующие ППМ. Наибольшее распространение получили ППМ для фильтров, которые предназначены для отделения газов и жидкостей от посторонних примесей.
Так, фильтры из ППМ используются для очистки воды, щелочных, кислотных и соленых растворов, топлива и смазочных материалов, молока, смол, основ для лаков, расплавов солей и полимеров. Кроме того, эти фильтры применяются для фильтрации сжиженных и сжатых газов (азот, кислород, гелий, воздух и другие) при их производстве и практическом применении, а также отходящих газов в технологических циклах производства (химического, металлургического, цементного и других).
В некоторых случаях с помощью таких фильтров можно улавливать дорогостоящие пылевидные катализаторы, используемые в технологических процессах химического и нефтехимического производств, что позволяет значительно их удешевлять. В зависимости от области применения, эксплуатационных и конструкционных требований фильтры изготавливают в виде дисков, пластин, цилиндров, стаканов, конусов и др.
Следует отметить, что ППМ устойчивы к резким температурным колебаниям (тепловым ударам), а своей технологичностью в изготовлении (обработка на металлорежущих станках, склеивание, сварка, пайка и т. п.) ППМ превосходят другие известные проницаемые материалы.
Фильтры из ППМ могут изготавливаться практически любых форм и размеров. Соответствующим выбором подходящего материала можно обеспечить высокую коррозионную стойкость, термическую стойкость и износостойкость фильтров.
Пористые порошковые материалы хорошо зарекомендовали себя в газораспределителях (например, при пневмотранспорте сыпучих сред). В этом случае транспортируемый продукт (цемент, мука, удобрение, пылеобразное топливо) поступает на пористую пластину, через которую снизу подается воздух. Образующаяся при этом газопылевая смесь перемещается по транспортному трубопроводу, что исключает возможность выброса дисперсных частиц в атмосферу. В этом случае материалы, изготовленные с применением ППМ, успешно заменяют ленточные и шнековые транспортеры. Опыт, накопленный при использовании таких материалов на цементных заводах, показал большие преимущества ППМ, состоящие в отсутствии движущихся и изнашиваемых деталей, низкой энергоемкости, бесшумности и надежности в эксплуатации.
Газораспределители на основе ППМ являются незаменимыми и надежными в эксплуатации и эффективно используются в разгрузочных устройствах при разгрузке содержащих дисперсные материалы вагонов, контейнеров и т. п.