Твердые сплавы

Твердые сплавы являются основным инструментальным матери­алом, обеспечивающим высокопроизводительную обработку материа­лов. Хотя первые инструменты из твердых сплавов появились в промышленности лишь в 30‑е годы, сейчас общее количество твер­досплавного инструмента, применяемого в механообрабатывающем производстве составляет до 28–30%, причем этим инструментом снимается до 65% стружки, так как скорость резания, применяемая при обработке этим инструментом в 2–5 раз выше, чем у быстро­режущего инструмента [20].

Порошковые (спеченные) твердые сплавы – это композиции, состоящие из твердых, тугоплавких соединений (карбиды, карбонитриды титана, вольфрама, тантала и др.) в сочетании с цемен­тирующей (связующей) составляющей (кобальт, никель, молибден и др.). Твердые сплавы, применяемые для оснащения режущего инструмента, по составу и областям при­менения можно разделить на четыре группы: вольфрамокобальтовые (WC–Со), титановольфрамовые (WC–TiC–Co), титанотанталовольфрамовые (WC–TiC–TaC–Co), безвольфрамовые (на основе TiС, TiCN с раз­личными связками).

Твердые сплавы как инструментальные материалы обладают рядом ценных свойств, основным из которых является высокая твердость (HRA 82–92), сохраняемая при нагреве до 700–1100 °С, большое значение модуля упругости (E=500–700 ГПа) и предела прочности при сжатии (s_{- b} = 6000 МПа).

Относительно невысокая проч­ность при изгибе (s_и=1000–2500 МПа) и ударная вязкость не являются лимитирующими, так как твердые сплавы способны сохранять достаточно высокую твердость и сопротивляться деформированию при температурах, возникающих в процессе резания. Указанные физико-механические свойства обеспечивают твердосплавному инструменту высо­кий предел пластической прочности, повышенную сопротивляемость адгезионно-усталостному, химико–окислительному, диффузионному и абразивному изнашиванию. Указанное позволяет существенно повысить скорости резания при обработке сталей, чугунов, цветных сплавов и труднообрабатываемых материалов по сравне­нию со скоростями резания для быстрорежущего инструмента.

Инструменты из твер­дого сплава Т5К10, используемые для обработки сталей на ферритной основе твердостью HB @ 2000 МПа на станках повышенной жесткости, допускают применение толщин срезаемого слоя 1–2 мм при скорости резания v @ 30 м/мин. При этом температуры поверхностей инструмента достигают около 900 –1000 ^оС, а комплексный критерий П= va, предложенный Т.Н. Лоладзе [57] и коррелирующий с производительностью обработки, составит около (0,5 –1,0)×10^-3 м²/с. Быстрорежущие резцы, допускающие температуры на поверхностях инструмента до 600 ^оС, при обработке той же стали допускают в 3–5 раз меньшую производительность.

Вольфрамокобальтовые твердые сплавы. Вольфрамокобальтовые сплавы (ВК) состоят из кар­бида вольфрама и кобальта. Марки сплавов этой группы различаются по содержанию в них кобальта, размерами зерен карбида вольфрама (WC) и технологией изготовления. Для оснащения режу­щего инструмента применяют сплавы с содержанием кобальта от 3 до 10% весовых (табл. 11.6).

Таблица 11.6

Состав и характеристики основных физико–