Механических свойств вольфрамокобальтовых

твердых сплавов для резания (ГОСТ 3882–74)

* Предел прочности при поперечном изгибе определяют на шлифованных образцах

При увеличении в сплавах содержания кобальта в рассматри­ваемом диапазоне предел прочности при поперечном изгибе и эксплуатационная прочность при резании возрастают, в то время как твердость и износостойкость при резании уменьшаются.

Так, сплав марки ВКЗ с минимальным содержанием кобальта, как наиболее износостойкий, но наименее прочный, рекомендуется только для чистовой обработки с максимально допустимой скоростью ре­зания, а сплав ВК8 – только для черновой обработки с пониженной скоростью резания и увеличенным сечением среза в усло­виях ударных нагрузок.

Вольфрамокобальтовые сплавы рекомендуются преимущественно для обработки материалов, дающих дискретные типы стружек (эле­ментная, стружка надлома): чугуны, цветные металлы, стеклоп­ластики, фарфор и труднообрабатываемые материалы (нержавеющие, высокопрочные стали, жаропрочные сплавы на основе никеля и ти­тана и т.д.).

При одинаковом содержании кобальта физико-механические и режущие свойства в значительной мере определяются зернистостью карбидной фазы, главным образом, средним размером зерен карби­да вольфрама. Разработанные технологические приемы позволяют получить твердые сплавы, в которых средний размер зерен кар­бидной составляющей может изменяться от долей микрона до 10–15 мкм.

С увеличением размера зерен карбидовольфрамовой фазы твердость, модуль упругости, сопротивление абразивному износу и стойкость при резании чугуна уменьшаются, а предел прочности при изгибе растет. Эта закономерность широко используется для создания спла­вов различного назначения с требуемыми свойствами.

Первыми такими сплавами, выпущенными промышленностью страны для резания, были мелкозернистые сплавы марок ВКЗ–М и ВК6–М, показавшие хорошие результаты при чистовой обработке твердых чугунов, закаленных сталей, а также нержавеющих сталей и некоторых других марок труднообрабатываемых материалов.

Затем была разработана гамма сплавов с весьма мелкозер­нистой структурой (основная масса зерен карбида вольфрама размером менее микрона) и с содержанием кобальта 6 и 10%.

Сплавы содержат также небольшие добавки карбида тантала (около 2%) и ванадия (0,1%), которые, главным образом, пре­пятствуют росту зерен карбида вольфрама при спекании.

Сплавы ВК6–ОМ, ВК10–ХОМ дают хорошие результаты при тонком точении и расточке некоторых марок жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, чугунов высокой твердости, в том числе и ковких, за­каленных сталей и алюминиевых сплавов. Особенно эффективен сплав ВК6–ОМ при обработке вольфрама и молибдена, а также при развертывании и шабрении стальных и чугунных деталей.

Сплав ВК10–ХОМ, благодаря более мелким размерам зерен карбидной составляющей, а также благодаря повышенному содержанию связки обеспечивает хорошую формоустойчивость режущих кромок даже при относительно высоких режимах резания. Поэтому этот сплав имеет более широкую область применения и может использоваться как для черновой, так и для чистовой обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе.

Дальнейшим развитием и совершенствованием сплавов этого направления являются сплавы, в которых карбид тантала заменен карбидом хрома. Установлено, что карбид хрома тормозит рост зерна карбида вольфрама при спекании, а также увеличивает твердость и прочность сплавов при повышенных температурах.

Благодаря особо мелкозернистой, плотной структуре сплавов можно производить заточку и доводку инструментов с наименьшими радиусами округления режущих кромок, что, в свою очередь, обеспечивает получение более высокой чистоты обработанной по­верхности и размерной точности.

Еще одно направление совершенствования сплавов для реза­ния конструкционных сталей, чугунов и труднообрабатываемых ма­териалов связано с совершенствованием связки. Впервые работами ГПИ (Т.Н. Лоладзе, Г.Н. Ткемаладзе) было показано, что недос­таточная сопротивляемость высокотемпературной ползучести (низ­кая температура плавления), связующей фазы в твердых сплавах, обуславливаетих недостаточную пластическую прочность и, в ко­нечном итоге, снижает производительность обработки резанием. На базе сформированной концепции трудами ученых ГПИ были соз­даны экономнолегированные твердые сплавы типа НТ и Т с высокой пластической прочностью.

Другим примером такого совершенство­вания является разработка сплава ВРК15 (ТУ 48–19–462–89) с жа­ропрочной кобальтрениевой связующей фазой для черновой и по­лучистовой обработки.

Сплав отличается высокой прочностью при повышенных темпе­ратурах, низкой адгезией с обрабатываемым материалом и относи­тельно высокой износостойкостью. Применение инструментов, оснащенных сплавом ВРК15, позволяет повысить производитель­ность обработки резанием за счет увеличения скорости резания или сечения среза или существенно повысить характеристики износостойкости инструмента (площадь обработанной поверхности, стойкость инструмента), в том числе и при чистовой обработке никелевых сплавов.

Наряду с содержанием кобальта и зернистостью фазы WC, большое влияние на режущие свойства сплавов WC–Co оказывает содержание углерода в сплаве. Это связано с тем, что содержа­ние углерода в пределах двухфазной области WC–Co не влияет на фазовый состав сплава, но оказывает заметное влияние на состав связующей (кобальтовой) фазы. Последнее обусловлено изменением растворимости вольфрама в кобальте. Изменение состава кобаль­товой фазы оказывает сильное влияние и на изменение свойств сплава в целом. Кроме того, наличие в сплаве избытка углерода в виде графита приводит к снижению износостойкости сплава, а недостаток углерода вызывает образование h-фазы (W₃Со₃С), которая повышает износостойкость, но снижает прочность сплава. Таким образом, при одинаковом содержании кобальта малоуглеро­дистые сплавы более износостойки, но менее прочны, чем высоко­углеродистые. С ростом в сплаве содержания кобальта увеличива­ется и влияние углерода на свойства сплава.

Титановольфрамовые твердые сплавы. Титановольфрамовые сплавы (ТК) выпускают глав­ным образом для оснащения инструментов при обработке резанием сталей, дающих сливную стружку. По сравнению со сплавами ВК они обладают большей стойкостью против окисления, твердостью и жаропрочностью, в то же время имеют меньшую теплопроводность и электропроводность, а также модуль упругости.

Повышенная способность титановольфрамовых сплавов сопро­тивляться адгезионно–усталостному изнашиванию объясняется тем, что температура их схватывания со сталью существенно выше, чем у сплавов WC–Co. Появление титановольфрамовых сплавов позво­лило применять более высокие скорости резания при обработке стали и существенно повысить стойкость инструмента.

Сплавы группы ТК стандартных марок имеют различный состав в зависимости от условий их применения. Содержание карбида ти­тана колеблется в пределах 5–30%, кобальта от 4 до 10% (табл. 11.7).

Таблица 11.7