Твердые сплавы

Твердые сплавы (ГОСТ 3882—74) обладают температуростойко- стыо до 1000 °С.

Получают твердые сплавы методом порошковой металлургии, который состоит из получения порошков карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, ТаС), измельчения их, смешивания с кобальтом (связкой), прессования и спекания при температуре 1400 °С. Первые отечественные твердые сплавы называли «победит», в настоящее время имеется большое количество марок твердых сплавов[1].

В зависимости от состава карбидной основы различают три группы твердых сплавов: вольфрамокобальтовые, обозначают буквами В К и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах, остальное (до 100%) — карбид вольфрама WC (ВКЗ, ВК8, ВК10); вольфрамотитанокобальтовые обозначают буквами ТК, цифра после буквы Т указывает содержание карбида титана, после буквы К — содержание кобальта, остальное (до 100%) — карбиды вольфрама (Т30К4, Т5К10); вольфрамотитанотанталокобальтовые обозначают буквами ТТК, цифра, стоящая после букв ТТ, указывает суммарное содержание карбидов титана TiC и тантала ТаС, цифра после буквы К — содержание кобальта, остальное (до 100%) — карбиды вольфрама WC.

Буква М в марке твердого сплава (В Кб-М) означает, что сплав изготовлен из мелкого порошка; ОМ — из особо мелких порошков; буква В в конце марки (ВК6-В) — из крупнозернистого карбида вольфрама, ВК в конце марки — из особо крупного карбида вольфрама (ВК8-ВК).

Чем меньше в сплаве кобальта и мельче карбидные частицы, тем выше износостойкость, но ниже прочность и сопротивление ударам. Поэтому сплавы с высоким содержанием кобальта применяют при резании с ударами (черновая обработка, резание по «корке» отливок, поковок), а сплавы с небольшим содержанием кобальта — для чистовой обработки.

Сплавы В К применяют для обработки хрупких материалов, чугуна, цветных металлов, неметаллических материалов, камня, а также для оснащения резцов угольных комбайнов, шарошечных долот и других горных инструментов; сплавы ТК— для обработки пластичных и вязких материалов, сталей; сплавы ТТК — для особо тяжелых условий резания и труднообрабатываемых сталей. Свойства некоторых твердых сплавов приведены в табл. 14.2.

Таблица 14.2

Свойства твердых спеченных сплавов (ГОСТ 3882—74)

Марка твердого сплава

Предел прочности при изгибе, МПа, не менее

Твердость, HRA, не менее

вкз-м

1 100

91,0

ВК4-В

1 500

88,0

ВК8

1 700

87,5

BKI0

1 800

87,0

ВК11-ВК

1 900

87,0

ВК25

2 200

82,0

Т30К4

1 000

92,0

Окончание

Марка твердого сплава

Предел прочности при изгибе, МПа, не менее

Твердость, HRA, не менее

Т15К6

1 200

90,0

Т5К10

1 450

88,5

ТТ8К.6

1 350

90,5

Недостатком рассмотренных сплавов кроме повышенной хрупкости является дефицит и высокая стоимость вольфрама, поэтому разрабатывают новые, безвольфрамовые твердые сплавы (ГОСТ 26530—85). В этих сплавах в качестве связки используются никель и молибден: ТН-20 (цифра указывает суммарное содержание никеля и молибдена, остальное — карбид титана TiC), КНГ-16 (16% Ni и Мо, остальное — карбонитрид титана).

На пластинки твердых сплавов (которые крепятся к инструменту механическим путем) для повышения стойкости инструмента наносят износостойкие покрытия методом вакуумной ионно-плазменной обработки. Наиболее распространенным износостойким покрытием для инструмента является нитрид титана TiN (цвет покрытия золотой). В результате нанесения этого покрытия стойкость инструмента повышается в 3—10 раз на скоростях резания не превышающих 100 м/мин. Рабочая температура этого покрытия не превышает 600 °С, поэтому инструменты с таким покрытием работают с применением СОЖ. Наибольший эффект эти покрытия дают при обработке сталей и чугунов с твердостью до 240 НВ. При тяжелых условиях резания эффективность покрытий снижается.

Более высокую твердость имеет покрытие TiCN (цвет покрытия серо-голубой). При использовании инструментов с этим покрытием также применяется СОЖ. Возможно применение для обработки материалов более высокой твердости по сравнению с покрытием TiN.

В общем объеме износостойких покрытий постоянно увеличивается доля покрытий (TiAl) N (цвет покрытия фиолетово-черный). Преимущество этих покрытий в высокой стойкости к окислению при очень высокой твердости и низкой теплопроводности. Инструмент с таким покрытием может использоваться для высокопроизводительного резания без применения СОЖ. Скорость резания в этом случае не превышает 110 м/мин. При применении СОЖ скорость резания для этого инструмента может быть увеличена до 130 м/мин.

Покрытие AlCrN (цвет покрытия серо-голубой) сохраняет режущие свойства до 1100 °С, не содержит титана и обеспечивает повышение стойкости червячных фрез в 1,5—2 раза.

В перспективе — применение покрытия nACRo, которое по химическому составу совпадает с покрытием AlCrN, но имеет нанокомпо- зитную структуру, представляющую собой нанокристаллические зерна материала покрытия, внедренные в аморфную матрицу.

Минералокерамические инструментальные материалы на основе оксида алюминия А1203 не содержат дефицитных металлов (вольфрама, ванадия, кобальта и др.), имеют теплостойкость до 1200 °С. В зависимости от состава и способа производства также имеют рациональные области применения.

Оксидная «белая» керамика на основе А1203 (марки ЦМ332, ВО- 13) применяется для чистовой обработки незакаленных сталей, серых чугунов, цветных сплавов на основе меди с высокими скоростями резания (в 2—3 раза большими, чем для наиболее износостойких марок твердых сплавов), с малыми сечениями среза.

Оксидно-карбидная «черная» керамика на основе АЬ03 и TiC (ВОК-60), ГОСТ 26630—85) применяется для чистовой обработки ковких, высокопрочных, отбеленных чугунов и закаленных сталей с высокими скоростями резания и малыми сечениями среза.

Однако высокая хрупкость ограничивает применение минералокерамических инструментальных материалов. При повышенных требованиях к стойкости на удар инструмент оснащается пластинками из керметов.

Керметы — это материалы, содержащие кроме А1203 присадки металлов в количестве 5—40%. Они менее хрупки, однако их износостойкость и температуростойкость (950 °С) ниже, чем у минералокерамики.

  • [1] Твердые сплавы называют также металлокерамикой благодаря сходству технологийпорошковой металлургии и получения технической керамики.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >