Смотреть что такое “Твёрдые сплавы” в других словарях

В 20-х годах прошлого столетия появился новый инструментальный материал – твердые сплавы, которые обладают высокой температуроустойчивостью – до 900 – 1000°С.

Твердые сплавы не содержат железа

Их основу составляют так называемые карбиды (химические соединения с углеродом тугоплавких металлов) вольфрама и титана. По своему строению металлокерамический твердый сплав напоминает шлифовальный круг. Сплав состоит из множества мельчайших карбидов, соединенных друг с другом кобальтом, который не только является своего рода цементирующим веществом, но и придает твердому сплаву вязкость.

Группы твердого сллава

Наша промышленность выпускает две группы твердых сплавов: вольфрамокобальтовые и титановольфрамокобальтовые. Сплавы первой группы состоят из карбидов вольфрама и кобальта и обозначаются буквами В К и цифрой, показывающей процентное содержание кобальта. Так, например, сплав В Кб содержит около 6% кобальта и около 94% карбидов вольфрама.

Сплавы второй группы помимо карбидов вольфрама имеют в своем составе еще карбиды титана. Обозначаются эти сплавы буквами ТК и цифрами. Цифра, стоящая после буквы Т, указывает процентное содержание карбидов титана, а цифра после буквы К – кобальта. Так, например, сплав Т15К6 содержит около 15% карбидов титана и около 6% кобальта, остальное (около 79%) – карбиды вольфрама.

В нашей стране начато изготовление и сплавов трех-карбидной группы, содержащих помимо карбидов вольфрама и титана также карбиды тантала. Такие сплавы трехкарбидной группы, как ТТ7К12 и ТТ7К15, отличаются весьма высокой прочностью и позволяют вести строгание наиболее труднообрабатываемых материалов, и в частности строгание поверхностей, полученных после сварки (по сварочному шву).

Твердые сплавы обладают высокими режущими свойствами; они не требуют термической обработки, а приобретают эти свойства в процессе изготовления.

Твердость

Одним из основных свойств твердых сплавов является их высокая твердость. Она колеблется в пределах 88- 90 HRA , тогда как твердость закаленной быстрорежущей стали равна 80-83 HRA . Такая высокая твердость позволяет обрабатывать твердыми.сплавами отбеленный чугун, закаленную сталь, стекло, мрамор и другие очень твердые материалы.

Твердость сплава зависит от содержания в нем кобальта. Чем больше кобальта, тем ниже твердость сплава. Так, сплав ВК6 менее твердый, чем сплав ВКЗ.

Карбиды титана имеют более высокую твердость, чем карбиды вольфрама, поэтому сплавы группы ТК тверже сплавов группы В К при одном и том же количественном содержании кобальта. Например, сплав Т14К8 обладает большей твердостью, чем сплав ВК8.

Твердые сплавы отличаются от других инструментальных материалов также высокой износоустойчивостью, т. е. сопротивлением, оказываемым истирающему действию стружки и поверхности резания, при этом сплавы группы ТК более износоустойчивы, чем сплавы группы В К.

Твердые сплавы обладают также высокой теплостойкостью- они сохраняют режущие свойства при нагреве до температуры “900-1000° С. И в этом случае сплавы группы ТК оказываются более теплостойкими, чем группы ВК.

С уменьшением в сплаве содержания карбида титана теплостойкость твердого сплава понижается. Так, сплав Т5КЮ менее теплостойкий, чем Т15К6.

Недостатки твердого сплава

Основным недостатком твердых сплавов является их большая хрупкость, которая уменьшается при увеличении содержания кобальта. Например, сплав Т15К6 более хрупкий, чем Т5К10. В связи с этим сплавы с большим содержанием кобальта применяются при черновой обработке. Низкокобальтовые сплавы используются при чистовой обработке; они обладают большей теплостойкостью и, следовательно, допускают большую скорость резания.

При равном содержании кобальта сплавы группы ВК более вязкие, чем группы ТК. Так, сплав ВКб более вязкий, чем TI5K6. Именно поэтому сплавы ВК применяются при обработке чугунов и других хрупких материалов, при резании которых отделяется стружка надлома, характеризующаяся тем, что центр ее давления на переднюю поверхность резца находится в непосредственной близости от режущей кромки, а это нередко приводит к ее выкрашиванию. Если в таком случае использовать сплав группы ТК, то стойкость инструмента будет еще меньшей. Обладающие большей износоустойчивостью сплавы ТК целесообразнее применять при обработке сталей и других вязких материалов, при резании которых отделяется сливная стружка, активно истирающая переднюю поверхность резца.

Строгание обычно осуществляют инструментом, оснащенным твердым сплавом наиболее прочных марок- ВК8 и Т5К10, которые лучше других противостоят выкрашиванию под влиянием ударной нагрузки.

При чистовом строгании применяют и сплавы с меньшим содержанием кобальта – ВК6 и Т15К6.

Припаиваемые твердосплавные пластинки

Твердые сплавы выпускаются в виде пластинок разнообразных форм и размеров. Эти пластинки припаиваются к стержням – державкам резцов из конструкционных сталей либо же крепятся к ним механическим способом.

Как показала практика применения твердых сплавов, при строгании наблюдается выкрашивание режущих кромок резцов даже при правильном выборе геометрии их заточки и режимов резания, при этом выкрашивание появляется не при рабочем ходе в результате ударного действия в процессе резания, а при обратном, когда задняя поверхность резца скользит по обработанной поверхности детали.

В целях устранения этого недостатка применяют специальные приспособления, автоматически поднимающие резец при обратном ходе.

• 2250 просмотров

Твёрдые сплавы получают методами порошковой металлургии в виде пластин. Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама (WC), титана (TiC) и тантала (ТаС), мельчайшие частицы которых соединены сравнительно мягким и менее тугоплавким кобальтом. Карбиды придают сплаву высокую твёрдость и теплостойкость, кобальт – прочность на изгиб.

Твердые сплавы имеют высокую твердость – 72…76 HRC и теплостойкость до 850… 1000 °С. Это позволяет работать со скоростями резания в 3 – 4 раза большими, чем инструментами из быстрорежущих сталей.

Применяемые в настоящее время твердые сплавы делятся на:

• Вольфрамовые сплавы группы ВК : ВК3, ВК3-М, ВК4, ВК6, ВК6-М, ВК6-ОМ, ВК8 и др. В условном обозначении цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, обозначение ВК8 показывает, что в нем 8 % кобальта и 92 % карбидов вольфрама. Буквами М и ОМ обозначается мелкозернистая и особо мелкозернистая структура;
• Титановольфрамовые сплавы группы ТК : Т5К10, Т15К6, Т14К8, ТЗОК4, Т60К6 и др. В условном обозначении цифра, стоящая после буквы Т, показывает процентное содержание карбидов титана, после буквы К – кобальта, остальное – карбиды вольфрама;
• Титанотанталовольфрамовые сплавы группы ТТК : ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9 и др. В условном обозначении цифры, стоящие после буквы Т, показывают процентное содержание карбидов титана и тантала, после буквы К – кобальта, остальное – карбиды вольфрама.

Твердые сплавы выпускаются в виде стандартизованных пластин, которые припаиваются, или крепятся механически к державкам из конструкционной стали.

Правильным выбором марки твердого сплава обеспечивается эффективная эксплуатация режущих инструментов . Для конкретного случая обработки сплав выбирают исходя из оптимального сочетания его теплостойкости и прочности. Например, сплавы группы ТК имеют более высокую теплостойкость, чем сплавы ВК. Инструменты, изготовленные из этих сплавов (ТК), могут использоваться при высоких скоростях резания, поэтому их широко применяют при обработке сталей.

Инструменты из твердых сплавов группы ВК применяют при обработке деталей из конструкционных сталей в условиях низкой жесткости системы СПИД, при прерывистом резании, при работе с ударами, а также при обработке хрупких материалов типа чугуна, что обусловлено повышенной прочностью этой группы твердых сплавов и невысокими температурами в зоне резания.

Такие сплавы используются также при обработке деталей из высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей, титановых сплавов. Это объясняется тем, что наличие в большинстве этих материалов титана вызывает повышенную адгезию со сплавами группы ТК, также содержащими титан. Кроме того, сплавы группы ТК имеют значительно худшую теплопроводность и более низкую прочность, чем сплавы ВК.

Сплавы группы ТТК занимают промежуточное положение между сплавами ТК и ВК. Сплавы ТТК по применимости – универсальны.

Основная область их применения – резание с очень большими сечениями срезаемого слоя, тяжёлыми ударами и малыми скоростями резания (строгание и долбление).

Сплавы с низким процентным содержанием кобальта (Т30К4, ВК3, ВК4) обладают высокой твёрдостью, малой прочностью на изгиб и меньшей вязкостью. Применяются для чистовых операций. Наоборот, сплавы с большим содержанием кобальта (ВК8, Т14К8, Т5К10) являются более вязкими, обладают высокой прочностью на изгиб и применяются при снятии стружек большого сечения на черновых операциях.

Работоспособность твердых сплавов значительно возрастает при нанесении на них износостойких покрытий.

Указать химический состав и применение ВК8, Т15К6

Твёрдые сплавы в настоящее время являются распространенным инструментальным материалом, широко применяемым в инструментальной промышленности. За счет наличия в структуре тугоплавких карбидов твёрдосплавный инструмент обладает высокой твёрдостью HRA 80-92 (HRC 73-76), теплостойкостью (800-1000°C), поэтому ими можно работать со скоростями, в несколько раз превышающими скорости резания для быстрорежущих сталей. Однако, в отличие от быстрорежущих сталей, твёрдые сплавы имеют пониженную прочность (σ = 1000-1500 МПа), не обладают ударной вязкостью. Твёрдые сплавы нетехнологичны: из-за большой твёрдости из них невозможно изготовить цельный фасонный инструмент, к тому же они ограниченно шлифуются – только алмазным инструментом, поэтому твёрдые сплавы применяют в виде пластин, которые либо механически закрепляются на державках инструмента, либо припаиваются к ним.

Таблица 2. Спечённые твёрдые сплавы, применяемые в современной мировой промышленности

Вольфрам – тугоплавкий твердый металл серого цвета, химический элемент под номером 74 в таблице Менделеева, обладает следующими физическими свойствами: плотность – 19,3 г/см3, температура плавления – 3422°С, температура кипения – более 5500°С.

Среди разнообразной продукции из вольфрама (проволока, прутки, электроды, листы) также широкое применение получил и вольфрамовый порошок. Основные марки порошка вольфрама – ПВН (порошок вольфрамовый низкоактивный), ПВВ (порошок вольфрамовый высокоактивный), ПВТ (порошок вольфрамовый технический), ВП. Данная продукция выпускается в соответствии с ТУ 48-19-72-92 “Порошок вольфрамовый. Технические условия“. Средний диаметр зерна для порошка вольфрамового ПВН должен составлять 3,5-6 мкм, ПВВ – 0,8-1,7 мкм, ПВТ – 3,5-6 мкм. При этом не более 40% зерен вольфрама порошка ПВН могут иметь размер более 4 мкм.

Как правило, вольфрамовый порошок служит сырьем для дальнейшего производства компактного вольфрама. Порошок вольфрамовый применяется в качестве легирующей добавки или основного компонента быстрорежущих и инструментальных сталей, а также износостойких и жаропрочных сплавов (например, стеллитов).

Рис. 3. Вид порошка для сплава ВК8 при многократном увеличении

Рис. 4. Деталь, изготовленная из ВК8

Карбид вольфрама – соединение тугоплавкого металла вольфрам (W) с углеродом (C). Всего существует два карбида – WC и W2C. Основными достоинствами карбидов вольфрама являются высокая твердость и тугоплавкость. Карбид WC сохраняет повышенную твердость и при высоких температурах. Карбид вольфрама – основа твердых сплавов типа ВК (вольфрамокобальтовые).

Карбиды вольфрама являются основой для производства различных твердых сплавов. Среди наиболее распространенных твердых сплавов стоит выделить сплавы марки ВК, а именно ВК8. Как правило, твердые сплавы получают методами порошковой металлургии из смеси карбида тугоплавкого металла с порошком металла-связки. Так, например, химическое или механическое смешивание карбида вольфрама с порошком кобальта дает смесь ВК. В дальнейшем проводится прессование смеси и ее спекание для получения твердого сплава.

Вольфрамокобальтовые сплавы состоят из карбида вольфрама (карбид – химическое соединение металла с углеродом, обладающее весьма высокой твердостью) и кобальта, служащего связкой. Сплав обозначается двумя буквами – ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах. Так, ВК8 означает вольфрамокобальтовый сплав с содержанием кобальта 8 % и карбида вольфрама – 92 %. Чем больше в сплаве кобальта, тем он мягче и прочнее. Сплавы вольфрамокобальтовой группы предназначены в основном для обработки чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов.

Таблица 3. Свойства вольфрамовых твёрдых сплавов «Вириал» в сравнении со стандартным твёрдым сплавом ВК8

Из смеси ВК8 или ВК6 получают одноименные твердые сплавы, которые содержат 8% и 6% кобальта соответственно.

Химический состав вольфрамо-кобальтовой смеси ВК8 (массовая доля, %): кобальт – 7,5-8,1, кислород, не более – 0,5, углерод общий – 5,30-5,65, углерод свободный, не более – 0,1, железо – 0,3.

Массовая доля основных компонентов пластифицированной смеси (пластификатор ПЭГ): кобальт – 7,3-7,9, кислород, не более – 1,5, углерод общий – 6,5-7,0, углерод свободный – 0,1, железо, не более – 0,3.

Области применения. Изделия из вольфрамовых твердых сплавов находят применение в качестве пар трения подшипников скольжения и торцовых уплотнений, деталей запорной арматуры, штампов, пресс-форм и др. Сплав ВК8 применяется для чернового строгания при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, строгании, чернового фрезерования, сверления, чернового рассверливания, чернового зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов. Твердые сплавы группы ВК активно используются при изготовлении бурового и режущего инструмента. Существуют резец ВК8, сверло ВК8; фреза ВК8 и другие режущие инструменты, сделанные с применением твердого сплава ВК. Пластины твердосплавные ВК8 также нашли применение в промышленности.

Титановольфрамокобальтовые сплавы состоят из карбидов вольфрама и титана, сцементированных кобальтом. Марки сплавов обозначаются буквами Т (титан) и К (кобальт). Цифры после букв показывают соответственно содержание карбида титана и кобальта в процентах. Остальная часть состава приходится на карбид вольфрама. С увеличением в сплаве содержания карбида титана прочность его уменьшается, а с увеличением количества кобальта – увеличивается.

Т15К6 – сплав двухкарбидный твердый титано-вольфрамовой группы, по сути – композиционный материал. Массовая доля основных компонентов в смеси порошков, %: карбид вольфрама – 79, карбид титана – 15, карбид тантала – отсутствует, кобальт – 6. Этот сплав наиболее подходит для обработки стали, но без прерывистости резания, т. е. для фрез, для строгания не подходит. Кобальта, отвечающего за прочность, маловато.

Предел прочности при изгибе, Н/мм2 (кгс/ мм2), не менее 1176*(120). Твёрдость, HRA, не менее 90,0. Плотность, х103 кг/м2 (г/см2) = 11,1-11,6.

Применение. Титановольфрамовый твердый сплав Т15К6 предназначен для обработки вязких материалов: стали, латуни. Сплав применяется для обработки материалов резанием – получернового точения при непрерывном резании, чистового точения при прерывистом резании, нарезания резьбы токарными резцами и вращающимися головками, получистового и чистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания предварительно обработанных отверстий, чистового зенкерования, развертывания и других аналогичных видов обработки углеродистых и легированных сталей.

Список использованной литературы:

1. Борисов Ю.С., Кулик A.Я., Мнухин A.С. Газотермическое напыление композиционных порошков. – Л.: Машиностроение, 1985. – 197 с.

2. Казаков В.Г. Тонкие магнитные пленки // Соросовский образовательный журнал, 1997, №1, с. 107-114.

3. Кіндрачук М.В., Лабунець В.Ф., Пашечко М.І., Корбут Є.В. Трибологія: підручник/ МОН. – Київ: НАУ-друк, 2009. – 392 с. (укр). ISBN 978-966-598-609-6.

4. Конструкционные материалы. Под ред. Б.Н. Арзамасова. Москва, изд «Машиностроение», 1990.

5. Материаловедение. А.Е. Лейкин, Б.И. Родин, Москва, 1971, Изд. “Высшая школа”.

6. Мышкин Н.К., Петроковец М.И. Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. -368 с. ISBN 978-5-9221-0824-9.

7. Производство и литье сплавов цветных металлов. Юдкин В.С. – М., 1967.

8. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин / В.Д. Зозуля, Е.Л. Шведков, Д.Я. Ровинский, Э.Д. Браун.- Киев: Наукова думка, 1990. – 264 с.

9. Термодинамика сплавов. Вагнер К. – Москва, 1997.

10. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них – Панов B.C., Чувилин A.M. – МИСИО, 2001.

11. Технология конструкционных материалов. Под ред. А.М. Дальского. – Москва. Изд. «Машиностроение», 1985.

12. Технология металлов и конструирование материалы. В.М. Никифоров. – Москва, 1968, Изд. “Высшая школа”.

13. Технология металлов и конструирование материалы. В.М. Никифоров. – Москва, 1968, Изд. “Высшая школа”.

Твердые сплавы сохраняют относительно высокую твердость при нагреве до температуры 800-900° С (см. рис. 1, кривые 2-6). Поэтому инструмент, оснащенный твердыми сплавами, более износостоек по сравнению с инструментом, изготовленным из инструментальных сталей, и позволяет вести обработку на высоких скоростях резания, т. е. с большей производительностью . При соответствующих геометрических параметрах инструмента, оснащенного твердым сплавом, скорость резания достигает 500 м/мин при обработке заготовок из стали 45 и 2700 м/мин при обработке заготовок из алюминия. Кроме того, инструментом из твердого сплава можно обрабатывать заготовки из закаленных (HRC до 67) и труднообрабатываемых сталей. Для такого широко распространенного инструмента, как резцы и торцовые фрезы, твердые сплавы являются основным материалом, вытеснившим быстрорежущую сталь. Все большее применение находят твердые сплавы и при изготовлении других видов режущего инструмента (зенкеров, разверток, сверл и др.).

Твердые сплавы имеют высокие плотность (9,5-15,1 г/см 3), твердость (HRB 87-92) и износостойкость при высоких температурах. Теплоемкость твердых сплавов в 2-2,5 раза меньше теплоемкости быстрорежущей стали Р18, а теплопроводность сплава Т15К6 примерно та лее (выше в 1,13 раза) и значительно выше у сплава ВК8 (в 3 раза).

Для изготовления инструментов применяют следующие металлокерамические твердые сплавы:

• вольфрамовые (однокарбидные), состоящие из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом (сплавы ВК2, ВКЗМ, ВК4, В Кб, ВК6М, ВК8, ВК8В);
• титановольфрамовые (двухкарбидные), состоящие из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом, или только из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана, сцементированных кобальтом (сплавы Т5КЮ, Т14К8, Т15К6, Т30К4, Т5К12В);
• титанотанталовольфрамовые, состоящие из зерен твердого раствора (карбида титана, карбида тантала и карбида вольфрама) и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом (ТТ7К12).

В обозначении сплавов вольфрамовой группы цифра показывает содержание кобальта в процентах; например, в сплаве ВК8 8% кобальта и 92% карбида вольфрама. В обозначении сплавов титановольфрамовой группы число после буквы К показывает содержание кобальта, а число после буквы Т – содержание карбида титана в процентах; например, в сплаве Т15К6 содержится 6% кобальта, 15% карбида титана и 79% карбида вольфрама.

Твердость сплавов определяется твердостью карбидов; чем больше в сплаве карбидов, тем выше его твердость. Но с увеличением твердости уменьшается вязкость твердого сплава; он делается более хрупким и плохо выносит нагрузку на изгиб и срез, особенно если эта нагрузка носит ударный характер.)

Вольфрамовые сплавы более вязки и менее хрупки, чем титановольфрамовые сплавы. Это объясняется тем, что в последних находится большое количество свободных карбидов титана, которые очень хрупки) Поэтому при обработке заготовок из чугунов, когда получается «сыпучая» стружка надлома и имеется ударная, пульсирующая нагрузка вблизи режущей кромки, необходимо применять более вязкие сплавы, т.е. сплавы вольфрамовой группы; твердые сплавы этой группы применяют также при обработке заготовок из цветных и легких металлов и сплавов, а также неметаллических материалов (резины, пластмассы, фибры, стекла и др.).

При обработке заготовок из незакаленных углеродистыми легированных сталей, когда центр давления стружки отстоит дальше от режущей кромки и сходящая стружка истирает переднюю поверхность инструмента, необходимо применять сплавы титановольфрамовой группы, которые по сравнению со сплавами вольфрамовой группы тверже и более износостойки, но менее вязки.

Применение инструмента из вольфрамовых сплавов при обработке заготовок из чугуна и инструмента из титановольфрамовых сплавов при обработке заготовок из незакаленных сталей во многом определяется и тем, что титановольфрамовые сплавы обладают большей красностойкостью, имеют меньший коэффициент трения и меньшую слипаемость (свариваемость) со стальной стружкой, что способствует менее интенсивному износу режущего инструмента.

Инструменты из титановольфрамовых сплавов применяют также при точении (без ударов и при отсутствии корки) заготовок из жаропрочных сталей и сплавов, обладающих повышенной вязкостью и пониженной теплопроводностью)

При обработке заготовок из закаленных углеродистых и легированных (НRС> 55) сталей, а также высоколегированных нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов с ударной нагрузкой (торцовое фрезерование, точение прерывистых поверхностей) или при точении заготовок из этих материалов с коркой целесообразно (вследствие большей прочности и теплопроводности) применять инструмент из вольфрамового сплава ВК8.

Вязкость твердых сплавов зависит от зернистости и количества кобальта; при одинаковой зернистости чем больше в сплаве кобальта, тем он вязче. Поэтому по механическим свойствам твердые сплавы могут быть разделены также на дополнительные группы:

1. более прочные и вязкие, но менее износостойкие (ВК8 и ВК.6);
2. менее прочные и вязкие, но более износостойкие (ВК2 и ВКЗМ).

Исходя из этого, инструменты из сплавов ВК8 и ВК6 применяют в основном при предварительной (черновой) обработке заготовок из чугуна, когда припуск может быть неравномерным и работа производится с относительно большими подачами, вызывающими увеличенную нагрузку на единицу длины режущей кромки инструмента. Инструмент из сплавов ВК2 и ВКЗМ применяют при чистовой обработке заготовок из чугуна, т. е. при снятии тонкой непрерывной стружки, так как толстая стружка (при больших подачах) вызывает быстрое разрушение этих малопрочных сплавов.

В сплавах ВКЗМ, ВК4, ВК6М, ВК8В (ГОСТ 3882-74 ) буквам обозначает особенности изготовления сплава, приводящие к мелкозернистой структуре, а В – к более крупнозернистой структуре. Инструменты из сплава ВК4 применяют при чистовой и черновой обработке заготовок из чугуна: стойкость сплава ВК4 при точении в 2-4 раза выше стойкости сплава ВК8.

Сплав ВК6М, имея высокую плотность, мелкую зернистость и повышенную твердость при нагреве до температуры 400-900° С, показал хорошие результаты при обработке нержавеющих сталей и при чистовой обработке чугуна (особенно – закаленного). Его применяют для изготовления сложного и прецизионного инструмента (фасонных резцов, цельных дисковых мелкомодульных фрез).

Сплав ВК8В по сравнению со сплавом ВК8 имеет меньшую износостойкость, но большую прочность, а потому рекомендуется для чернового точения заготовок из жаропрочных сталей и сплавов и строгания заготовок из сталей.

Из сплавов титановольфрамовой группы выделяют:

а) наиболее прочные, но обладающие низкой износостойкостью (Т5К10);

б) менее прочные, но более износостойкие (Т14К8, Т15К6);

в) самые хрупкие, но наиболее износостойкие (Т30К4); такое разделение предопределяет область их применения. Сплав Т5КЮ применяют для предварительной обработки заготовок из сталей, при прерывистом резании, больших подачах (толстых стружках ) и неравномерном сечении стружки; сплавы Т14К8 и Т15К6 – при получистовой обработке заготовок из сталей со средними значениями подач, с относительно равномерным сечением стружки при непрерывном резании; сплав Т30К4 – при чистовой обработке заготовок из сталей с малыми значениями подач и непрерывном резании при высоких скоростях.

Твердые сплавы, имея высокую твердость, теплостойкость и износостойкость, обладают малой прочностью (предел прочности при изгибе 90-155 кгс/мм 2 , т. е. в 1,5-2 раза меньше, чем у закаленных быстрорежущих сталей) и низкой ударной вязкостью. Поэтому необходимо создавать такие конструкции режущего инструмента, при которых твердый сплав работал бы на сжатие, так как предел прочности при сжатии у твердых сплавов относительно высок (в 1,3-1,5 раза выше, чем у закаленной быстрорежущей стали).

Однако применение твердосплавного инструмента специальных конструкций вызывает другие недостатки [сложность изготовления, увеличенный расход мощности прирезают, увеличение сил, действующих на систему станок – приспособление – инструмент – деталь (СПИД), снижение точности обработки и др .] и не всегда позволяет полностью использовать высокие износостойкие качества твердых сплавов. К твердым сплавам повышенной прочности относятся титанотанталовольфрамовые сплавы ТТ7К12 и титановольфрамовый сплав Т5К12В. Плотность этих сплавов 12,8-13,3 г/см 3 , твердость НRВ 87-88, предел прочности при изгибе 150-165 кгс/мм 2 (у наиболее прочного титановольфрамового сплава Т5К10 предел прочности при изгибе 130 кгс/мм 2). Химический состав этих сплавов приведен в табл. 2.

По прочности и стойкости эти сплавы являются промежуточными между быстрорежущей сталью и сплавом Т5К10 и хорошо зарекомендовали себя при предварительном (черновом) резании сталей с большой толщиной стружки, при работе с ударом (например, при строгании, фрезеровании), а также при сверлении.

В последнее время во ВНИИТС разработана гамма сплавов с весьма мелкозернистой структурой (основная масса зерна карбида вольфрама размером менее микрометра): ВК6-ОМ (σ и = 120 ÷ 130 кгс/мм 2), ВКЮ-ОМ (σ и = 140 ÷ 160 кгс/мм 2) и ВК15-ОМ (σ и = 150 ÷ 170 кгс/мм 2). Сплав ВК6-ОМ используется при тонком точении и растачивании заготовок из некоторых жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, чугунов высокой твердости и особенно эффективен при обработке вольфрама и молибдена. Сплав ВКЮ-ОМ предназначен для черновой и получерновой обработки, а сплав ВК15-ОМ – для особо тяжелых случаев обработки нержавеющих сталей, титановых и никелевых сплавов и особенно сплавов вольфрама и молибдена.

Применяются также относительно новые производительные марки твердых сплавов ТТ10К8Б и ТТ20К9. Сплав ТТ10К8Б целесообразно применять при черновой и получистовой обработке нержавеющих, маломагнитных сталей и некоторых марок жаропрочных сталей и сплавов. Сплав ТТ20К9 предназначен для фрезерования стали при тяжелых условиях обработки (например, глубоких пазов). Он отличается повышенным сопротивлением тепловым и механическим циклическим нагрузкам.

В последние годы большое внимание уделяется разработке новых твердых сплавов, не содержащих карбида вольфрама (безвольфрамового твердого сплава), который заменен карбидами титана. В качестве связки используется никель (в небольших количествах молибден). Предварительные испытания сплавов ТНМ-20, ТНМ-25, ТНМ-30 и др. показали хорошие результаты при обработке ферритных сплавов, никеля, меди, мельхиора.

Твердые сплавы для оснащения металлорежущего инструмента чаще выпускают в виде пластинок, форма и размер которых определяются соответствующими ГОСТами , а также в виде призматических сплошных и пустотелых столбиков. Все более широкое применение находят многогранные твердосплавные пластинки, используемые для резцов и торцовых фрез новых конструкций, в которых эти пластинки не перетачиваются (после использования всех режущих кромок пластинку заменяют новой, а изношенную перерабатывают). В промышленности используются трехгранные, четырехгранные, пятигранные и шестигранные пластинки.

Для повышения износостойкости (в 3-5 раз) неперетачнваемых твердосплавных пластинок их покрывают тонким слоем (0,005 мм) карбида титана методом осаждения из газовой среды. Из твердых сплавов изготовляют монолитный твердосплавный инструмент. В промышленности с успехом используют монолитные твердосплавные прорезные и отрезные фрезы, спиральные сверла диаметром 0,35-6 мм, канавочные фрезы, дисковые модульные зубофрезерные фрезы m = 0,2 ÷ 0,8 мм, червячные зуборезные фрезы m = 0,05 ÷ 0,9 мм, шлицевые, угловые и пальцевые фрезы, дисковые и фасонные резцы и др.

Металлокерамические сплавы в зависимости от содержания в них карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта приобретают различные физико-механические свойства. По этой причине твердые сплавы представлены в трех группах: вольфрамовой, титановольфрамовой и титанотанталовольфрамовой.

Твердые сплавы выпускаются в виде пластинок различных форм и размеров, получаемых методом порошковой металлургии (прессованием и спеканием). Основой для них служат порошки твердых зерен карбидов тугоплавких металлов (вольфрама, титана, тантала), сцементированных кобальтом.

Промышленностью выпускаются три группы твердых сплавов: вольфрамовые – ВК, титановольфрамовые – ТК и титанотанталовольфрамовые – ТТК.

В обозначении марок сплавов используются буквы: В – карбид вольфрама, К – кобальт, первая буква Т – карбид титана, вторая буква Т – карбид тантала. Цифры после букв указывают примерное содержание компонентов в процентах. Остальное в сплаве (до 100%) – карбид вольфрама. Буквы в конце марки означают: В – крупнозернистую структуру, М – мелкозернистую, ОМ – особомелкозернистую.

Характерными признаками, определяющими режущие свойства твердых сплавов, являются высокая твердость, износостойкость и красностойкость до 1000°C.Вместе с тем эти сплавы обладают меньшей вязкостью и теплопроводностью по сравнению с быстрорежущей сталью, что следует учитывать при их эксплуатации.

При выборе твердых сплавов необходимо руководствоваться следующими рекомендациями.

Вольфрамовые сплавы (ВК), по сравнению с титановольфрамовыми (ТК), обладают при резании меньшей температурой свариваемости со сталью, поэтому их применяют преимущественно для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов.

Сплавы группы ТК предназначены для обработки сталей.

Титанотанталовольфрамовые сплавы, обладая повышенной точностью и вязкостью, применяются для обработки стальных поковок, отливок при неблагоприятных условиях работы.

Для тонкого и чистового точения с малым сечением стружки следует выбирать сплавы с меньшим количеством кобальта и мелкозернистой структурой.

Черновая и чистовая обработки при непрерывном резании выполняются основном сплавами со средним содержанием кобальта.

При тяжелых условиях резания и черновой обработке с ударной нагрузкой следует применять сплавы с большим содержанием кобальта и крупнозернистой структурой.

В последнее время появилась новая безвольфрамовая группа твердых сплавов, в которой карбид вольфрама заменен карбидом титана, а в качестве связки используются никель и молибден (ТН-20, ТН-30). Эти сплавы имеют несколько сниженную прочность против вольфрамовых, но обеспечивают получение положительных результатов при получистовой обработке вязких металлов, меди, никеля и др.

Основные характеристики и области применения безвольфрамовых твердых сплавов

Кубический нитрид бора (КНБ). Это относительно новый поликристаллический материал, применяемый для режущих инструментов. Твердость КБН достигает 88 000 МПа (9000 кгс/мм.кв.), приближаясь к твердости алмаза. Теплостойкость его составляет 1400-1500°C. В зависимости от исходных материалов и технологии изготовления (давление, температура, время выдержки) физико-механические параметры поликристаллов КНБ несколько различаются. Имеются следующие распространенные марки отечественного КНБ: эльбор – Р; гексанит – Р; исмит – I и II; композит 0,5; ПТНБ.

Вставные ножи фрез (торцовых насадных; дисковых двух – и трехсторонних) армируются КНБ путем пайки заготовок в вакууме и на воздухе.

Покрытие пластин твердого сплава высокоизносостойким компонентом из карбидов и нитридов титана, вольфрама, окиси алюминия и др. в 2-3 раза повышает стойкость инструментов (фрез), не снижая при этом прочность. Основано это на следующем: любой твердый сплав состоит из двух основных частей. Первая – карбиды, нитриды – сообщает материалу высокие твердость, износостойкость, но одновременно с этим и хрупкость. Вторая – связка – сообщает пластинке прочность, но снижает ее износостойкость.

Применение покрытий дает возможность в качестве основы пластин использовать сплавы с высоким содержанием связки, что обеспечивает прочность, и иметь режущий хрупкий, но твердый износостойкий поверхностный слой.

Покрытия наносятся при формировании пластин, во время второй операции, перед спеканием, путем напрессования порошкообразной смеси из нитпилов.

Свойства и назначение твердых сплавов

Эксплуатационные свойства	Примерное назначение сплава
Сплав ВЦбМ	Благодаря мелкозернистой структуре износостойкость выше, чем у сплава ВКб; несколько меньше эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам
Сплав ВК8	Более высокие эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам, вибрации выкрашиванию, чем у сплава ВКб, при меньших износостойкости и скорости резания. Чистовое и получистовое фрезерование заготовок из цветных сплавов и неметаллических материалов. Черновое фрезерование заготовок из чугуна (НВ>240), цветных сплавов и неметаллических материалов, заготовок из углеродистых и легированных сталей до 0<685 МПа
Сплав Т 15К6	Износостойкость и допустимая скорость резания выше, чем у сплава ВК8, однако эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам несколько ему уступают. Получистовое и чистовое фрезерование заготовок из углеродистых и легированных сталей а < 850 МПа
Сплав И14К.8	Эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам, вибрации и выкрашиванию выше, чем у сплава Т15К6, при меньших износостойкости и допустимой скорости резания
Сплав Т5К.10	Эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам, вибрации и выкрашванию выше, чем у сплавов Т15К6 и Т14К8, при меньших износостойкости и скорости резания. Черновое и получистовое фрезерование заготовок из углеродистой легированных сталей Ст = g 850 МПа
Сплав Т5К12В	Эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам, вибрации и выкрашиванию значительно вше чем у сплава Т5К. 10, при меньшей износостойкости. По сравнению с фрезами из быстрорежущей стали сплав допускает скорость резания, в 2 раза большую. Черновое фрезерование стальных кованых, штампованных и отлитых заготовок по корке с неравномерно распределенным припуском при относительно малых скоростях резания
Сплав ТТ7К. 12	Имеет несколько большую эксплуатационную прочность, чем у сплав Т5К. 12В, при той же износостойкости. Черновое фрезерование стальных кованых, штампованных и литых заготовок по корке с неравномерным распределением припуска
Сплав ТТ10КSВ	Высокие эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам и вибрации при умеренной скорости резания. Тоже, что для сплава ТТ7К12Ю в условиях наиболее трудной обработки и при меньшей скорости резания