4.1.2Твердые сплавы

Твёрдые сплавы — твёрдые и износостойкие металлические материалы. Основная составляющая твердых сплавов – карбиды: WC, CrC, MoC, TiC, MnC и другие, которые придают им высокие твердость (87…92 HRC) и износостойкость. Сплавы способные сохранять эти свойства при 900—1150°С. Высокая износостойкость и красностойкость позволяют вести обработку со скоростями резания до 800 м/мин.

Твердость и прочность зависят от количества связующей фазы (кобальта) и величины зерен карбидов. Чем крупнее зерна карбидов, тем выше прочность.

Твердые сплавы в основном изготовляются на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома при различном содержании кобальта или никеля.

В зависимости от количества составляющих твердые сплавы карбидов различают:

· однокарбидые твердые сплавы: вольфрамовые — ВК2, ВК3, ВК3М, ВК4В, ВК6М, ВК6, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25. (группа ВК (WC + Co),

· двухкарбидые твердые сплавы: титано-вольфрамовые — Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В (группа TK (WC + TiC + Co),

· трехкарбидые твердые сплавы титано-тантало-вольфрамовые — ТТ7К12, ТТ10К8Б. (группа TTK (WC + TiC + TaC + Co).

· Безвольфрамовые твердые сплавы типа ТН и КНТ (ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30)

Сплавы группы ВК. Наиболее распространенными сплавами группы ВК являются сплавы марок ВК3, ВК6, ВК8, ВК20, где число показывает содержание кобальта в процентах, остальное – карбиды вольфрама WC. Теплостойкость сплавов ВК около 900 °С Свойства сплавов определяется главным образом содержанием кобальта. Его увеличение приводит к повышению прочности, но твердость и износостойкость при этом снижаются. Сплавы с низким содержанием кобальта - ВК3, Т30К4 используют для чистового точения, сплавы с повышенным содержанием кобальта используют для чернового точения (ВК8, Т14К8). Сплавы ВК10, ВК15 используют для изготовления бурового инструмента, ВК20 - для штампового инструмента.

Сплавы этой группы обладают наибольшей прочностью по сравнению с прочими твердыми сплавами. Сплавы ВК используются для обработки резанием материалов с элементной стружкой (надлома) – в первую очередь чугунов, а также цветных металлов.

Сплавы группы ТК. Марки Т30К6, Т14К8 – первое число показывает содержание карбидов титана в процентах, второе – содержание кобальта в процентах.. Сплавы этой группы лучше противостоят изнашиванию, обладают большей твердостью, тепло- и жаростойкостью, стойкостью к коррозии, но меньшей теплопроводностью, прочностью и большей хрупкостью. Увеличение кобальта приводит к повышению прочности с одновременным снижением твердости и теплостойкости. Теплостойкость - 1000°С. Используются на средних и высоких скоростях резания.

Сплавы группы ТТК. При равной теплостойкости (1000°С) эти сплавы превосходят сплавы ТК по сочетанию свойств «твердость-прочность». Сплавы этой группы используются, в основном, для тяжелых условий резания с большими силовыми и температурными нагрузками (черновая обработка жаропрочных материалов, стальных слитков, поковок, отливок).

Сплавы ТН, ТНК. Безвольфрамовые твёрдые сплавы - это сплавы на основе карбида и карбонитрида титана, сцементированных никелемолибденовой связкой.

Безвольфрамовые твёрдые сплавы по сравнению с вольфрамовыми имеют меньше прочность на изгиб, но выше твёрдость, обладают низкой схватываемостью со сталями. Инструменты из этих сплавов работают по сталям практически без наростообразования, что и определяет область их применения (чистовое и получистовое точение и фрезерование малолегированных, углеродистых сталей, чугуна и цветных сплавов). Износостойкость в 1, 2 - 1, 5 раза выше, чем у сплавов группы ТК. Недостаток - плохо поддаются пайке и заточке вследствие неудовлетворительных термических свойств и поэтому применяются в основном в виде неперетачиваемых пластин.

Область применения безвольфрамовых твёрдых сплавов: получистовое и чистовое точение и фрезерование углеродистых и легированных сталей с HRC 30-42, хромистых и коррозионно-стойких и жаропрочных сталей с пределом прочности 600-800 МПа. А также эти сплавы используются для изготовления измерительного инструмента (концевые меры, калибры) и волочильного инструмента.

Износостойкость инструментов из твердых сплавов превышает износостойкость инструментов из быстрорежущих стале в 10…20 раз и сохраняется до температур 800…1000^oС.

В зависимости от методов получения различают спечённые и литые твёрдые сплавы.

Главной особенностью спеченных твердых сплавов является то, что изделия из них получают методами порошковой металлургии и они поддаются только обработке шлифованием или физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др), а литые твердые сплавы предназначены для наплавки на оснащаемый инструмент и проходят не только механическую, но часто и термическую обработку (закалка, отжиг, старение и др). Порошковые твердые сплавы закрепляются на оснащаемом инструменте методами пайки или механическим закреплением.

Твердые сплавы ввиду своей высокой твердости применяются в следующих областях:

· Обработка резанием конструкционных материалов: резцы, фрезы, сверла, протяжки и прочий инструмент.

· Оснащение измерительного инструмента: оснащение точных поверхностей микрометрического оборудования и опор весов.

· Клеймение: оснащение рабочей части клейм.

· Волочение: оснащение рабочей части волок.

· Штамповка: оснащение штампов и матриц (вырубных, выдавливания и проч. ).

· Горнодобывающее оборудование: напайка спеченных и наплавка литых твердых сплавов.

· Производство износостойких подшипников: шарики, ролики, обоймы и напыление на сталь.

· Рудообрабатывающее оборудование: оснащение рабочих поверхностей.

· Газотермическое напыление износостойких покрытий.