Твердые сплавы

Главными компонентами твердых сплавов являются карбиды вольфрама (WC), титана (TiC), тантала (ТаС) и ниобия (NbC), частицы которых соединены связкой из сравнительно мягкого и тугоплавкого кобальта ( 1493 ).

Твердые сплавы получают методом порошковой металлургии в виде пластин различной формы. Одним из основных свойств металлокерамических твердых сплавов является высокая теплостойкость (до 900-1000 ), что позволяет осуществлять обработку материалов в зависимости от их марки при скоростях до 600 м/мин.

Применяемые для механической обработки твердые сплавы подразделяются на следующие группы.

Вольфрамовые (одно карбидные) твердые сплавы (ВК), состоящие из зерен карбида, связанных кобальтом. Материалы этой группы содержат от 3 до 22% кобальта. В зависимости от состава и зернистости, предел прочности при изгибе у твердых сплавов данной группы ВК изменяется в диапазоне от 1170 до 2100 МПа, а твердость от 82 до 91 HRA. Марки сплавов вольфрамовой группы обозначаются буквами ВК, после которых цифрами указывается процентное содержание в сплаве кобальта. Например, сплав ВК8 содержит 8% кобальта (Co), остальное (92%) - карбид вольфрама (WC).

В настоящее время в России выпускаются следующие марки твердых сплавов вольфрамовой группы: ВКЗ, ВКЗ-М, ВК4-В, ВК6, ВК6-М, ВК6-0М, ВК6-В, ВК8, ВК8-В, ВК8-ВК, ВК10, ВК10-Х0М, В10-КС, ВК11-B, BK11-BK, BK15, BK20, BK20-KC (ГОСТ 3882-74).

Буквы, стоящие в конце маркировки, указывают на размер карбидных зерен (мкм): М - (1,0-1.5) мелкозернистый, ОМ - (0,1-1,0) особомелкозернистый, крупнозернистый В - (3-5), у обычных сплавов (без букв в маркировке) размер карбидов составляет около 2 мкм. Мелкозернистые сплавы по сравнению с обычными твердыми сплавами имеют плотную структуру, более износостойкие, но менее прочные. Крупнозернистые сплавы являются более прочными, лучше сопротивляются ударным нагрузкам, но менее износостойкие.

Вольфрамовые твердые сплавы рекомендуется использовать при обработке заготовок из конструкционных сталей в условиях низкой жесткости технологической системы, при прерывистом резании и работе с ударами, а также для обработки хрупких материалов - чугуна, стеклопластиков, а также цветных сплавов, в частности, титановых.

Титановолъфрамовые (двух карбидные) твердые сплавы (ТК) кроме карбидов вольфрама и кобальта содержат карбиды титана. По ГОСТ 3882-74 выпускаются следующие марки твердых сплавов группы ТК: Т30К4 (30% TiC + 4% Co + 66% WC), Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12.

Сплавы этой группы предназначены в основном для обработки сталей. По сравнению с однокарбидными сплавами (ВК) они обладают большей стойкостью к окислению, твердостью (87-92 HRA) и теплостойкостью, но меньшей теплопроводностью и прочностью.

Титанотанталоволъфрамовые (трехкарбидные) твердые сплавы (ТТК) содержат WC, TiC, ТаС и в качестве связки Со. Промышленностью выпускаются трехкарбидные сплавы следующих марок: ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б, ТТ20К9. Цифра, стоящая после букв ТТ, указывает суммарное содержание карбидов Ti и Та, а после буквы К - процентное содержание Со. Основной составляющей в этих сплавах также являются карбиды вольфрама. Например, сплав ТТ20К9 содержит: 20% (TiC + TaC) + 9% Co + 71% WC. В этих сплавах карбид тантала повышает предел усталости при циклическом нагружении, теплостойкость, прочность и твердость. Твердость и предел прочности на изгиб в сплавах группы ТК в зависимости от марки сплава колеблются, соответственно, в пределах 87-92 HRA и = 1320-1670 МПа. Поэтому их используют при черновой обработке с большими сечениями срезаемого слоя, при работе с ударами.

Безвольфрамовые твердые сплавы разработаны с целью экономии таких дефицитных материалов, как вольфрам и кобальт. Определяющим компонентов этих сплавов является карбид титана. Отечественная промышленность выпускает сплавы на никель-молибденовой связке следующих марок: ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30, КТНМ30А, МНТ-А2, МНТ-Б2 и др.

Безвольфрамовые твердые сплавы обладают низкой окисляемостью, имеют большую теплостойкость, меньшие коэффициенты трения и теплопроводности, менее склонны к наростообразованию, чем вольфрамосодержащие твердые сплавы. Повышенная износостойкость способствует высокой размерной стойкости инструмента, меньшей шероховатости и большей точности обработки. Твердость безвольфрамовых сплавов лежит в пределах 87.5-91 HRA, а предел прочности на изгиб = 980-1710 МПа.

В ГОСТ 26530-85 внесены только две марки безвольфрамовых твердых сплавов, а именно: ТН20 и КНТ-16. Сплав ТН20 рекомендуется применять для непрерывного и чистового точения углеродистых, низколегированных конструкционных сталей цветных металлов на основе меди, низколегированных сплавов никеля, серых чугунов, а также пористого и чистового торцевого фрезерования заготовок из чугуна. Сплав КНТ-16 за небольшим исключением целесообразно использовать в тех же условиях, что и сплав ТН20.

В настоящее время для изготовления безвольфрамовых твердых сплавов инновационная технология, основанная на самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (СВС). Указанным методом получены новые марки сплавов, названные СТИМ - синтетические твердые инструментальные материалы.

Физико-механические свойства синтетических твердых сплавов приведены в табл. 2.

Таблица 2