Твердые сплавы

Марки твердого сплава

Твердые сплавы из металлокерамики делятся на две группы:

— Титановольфрамовые сплавы «ТК» (с их помощью производят обработку стальных материалов и изделий);

— Вольфрамовые сплавы «ВК» (с их помощью осуществляется обработка цветных металлов и сплавов, материалов из чугуна и неметаллических изделий).

В свою очередь эти две группы подразделяются на марки твердых сплавов. Они имеют свои отличительные особенности (свойства), которые определяют условия и области использования данной марки. Свойства каждой из марок твердых сплавов предусмотрены так, чтобы выпускаемая продукция могла обеспечивать производство в любой его отрасли.

Очень важно правильно выбрать марку твердого сплава для каждого вида проводимых работ. Этот фактор очень важен и является одним из основным, им нельзя пренебрегать, от него зависит скорость и качество выполненной работы.

При выборе марки сплава следует исходить из следующих основных условий:

• Физико-механических и эксплуатационных свойств твердых сплавов;
• Характеристики обрабатываемого материала;
• Технических условий обработки и его вида;
• Характера требований, предъявляемых к точности обработки и чистоте обрабатываемых поверхностей;
• Состояние станка его кинематических и динамических данных.

Таблица физико-механических свойств твердых сплавов и его химический состав.

Вольфрамовые марки твердых сплавов

• ВК2 – наиболее твердый, износоустойчивый и теплостойкий из всех сплавов вольфрамовой группы;
• ВК3 – высокая износоустойчивость и твердость, но несколько ниже, чем у сплава ВК2;
• ВК6 – меньшая износоустойчивость и твердость, чем у сплава ВК3, при большей эксплуатационной прочности;
• ВК8 – высокая эксплуатационная прочность и сопротивляемость ударам, вибрациям и выкрашиванию, при меньшей износоустойчивости и твердости, чем у сплава ВК6;
• ВК11 – наиболее прочный из всех указанных выше вольфрамовых твердых сплавов. Наиболее низкие твердость и износоустойчивость. Применяется при обработке специальных труднообрабатываемых материалов.

Титано-вольфрамовые марки твердых сплавов:

• Т5К10 – наивысшая для титано-вольфрамовых сплавов эксплуатационная прочность. Менее тверд и износоустойчив, чем сплав марки Т14К8;
• Т14К8 – Большая твердость, износоустойчивость и теплостойкость, чем у сплава Т5К10, при несколько меньшей эксплуатационной прочности;
• Т15К6 – большая твердость, износоустойчивость и теплостойкость, чем у сплава Т14К8, при меньшей эксплуатационной прочности;
• Т15К6Т – большая твердость, износоустойчивость, чем у сплава Т15К6, при незначительно пониженной эксплуатационной прочности;
• Т30К4 – высокая твердость, износоустойчивость и теплостойкость, при значительно пониженной эксплуатационной прочности;
• Т60Л6 – наиболее износоустойчивый и теплостойкий из всех сплавов титано-вольфрамовой группы, при наименьшей эксплуатационной прочности.

Ниже Вы можете ознакомится с таблицей рекомендаций по выбору марок твердых сплавов в зависимости от вида, характера и условий обработки, а также от обрабатываемого материала. Однако могут возникнуть случаи, в которых в силу специфичности операции, условий применения или обрабатываемого материала эта таблица окажется недостаточной.

Как выбрать нужную марку твердого сплава?

Таблица выбора марок твердых сплавов в зависимости от вида, условий обработки, характера и обрабатываемого материала.

Твердые сплавы (характеристика)

К твердым сплавам относится отдельная группа соединений, которые способны сохранять свои свойства при достаточно высоких температурах, длительном механическом воздействии на другие материалы. Даже при достижении температуры в 1150 °C твердый сплав сохраняет все физические и механические свойства. Они изготавливаются из тугоплавких металлов, обладающих повышенной твердостью.

Характерные особенности и маркировка

Характерной особенностью получения подобных соединений является применение специфических технологических процессов. Таким процессом является специальное прессование. Он осуществляется тщательным перемешиванием металлических порошков с добавлением порошкового кобальта. Затем производится процесс так называемого термического спекания.

Применяют высокотемпературное сплавление специальной шихты. Такая шихта состоит из большого числа компонентов. В нее входят: вольфрам, кобальт, битое стекло, кокс, легирующие добавки, например, хром.

Для идентификации всего многообразия таких соединений, ГОСТ установлена следующая маркировка твердых сплавов. Марки твердых сплавов состоят из заглавных букв русского алфавита и набора цифр. Каждая буква несет свою смысловую нагрузку.

В качестве примера можно привести следующие марки:

• ВК2 – первая буква «В» указывает на наличие в составе вольфрама, вторая определяет наличие кобальта. Цифра указывает на процентное содержание каждого металла. В нашем случае это 2% приходится на кобальт, основу составляет вольфрам. Его содержание достигает 98%;
• ВК6М – это также вольфрамокобальтовый твердый слав. Шестерка означает процент имеющегося кобальта. Остальные 94 процента – это вольфрам. «М» конкретизирует область применения. Она указывает на применение данного материала при производстве инструмента для обработки металлов, которые трудно, практически невозможно обработать (например, нержавеющая сталь).
• Сплав ВК8 имеет состав: 92% стали, 8% вольфрама.
• Т5К10 – такая маркировка указывает — этот образец включает три элемента: вольфрам, титан, кобальт. В нем содержится: вольфрама – 85%, титана – 5%, кобальта -10%.
• Т14К8 – имеет такой же состав элементов. Но отличается их процентное содержание: вольфрам – составляет 78%, титан -14%, кобальт – 8%.
• ТТ7К12 – в его состав входят четыре основных металла: вольфрам, титан, тантал, кобальт. Вольфрам – 81%, кобальт – 12%, остальное приходится на сплав двух оставшихся металлов.
• Современные технологии позволили разработать уникальные соединения с добавлением таких элементов, как никель и молибден. Например, КТС-1 или ТН-20.

Твердый сплав ВК8

Международная классификация ИСО все отечественные сплавы, зарубежные аналоги разделила на области применения. Эта классификация обозначается буквами латинского алфавита, которые указывают на обрабатываемый материал:

• Н – используются для закаленной стали;
• К – для всех видов чугуна;
• М – применяется для нержавеющей стали;
• N –используется для металлов, относящихся к категории цветных металлов или их соединений;
• P –отдельной категории отливок, у которых формируется так называемая сливная стружка;
• S – для металлов и соединений с повышенными жаропрочными характеристиками.

Классификация

Многообразие подобных материалов требует четкого разделения по характерным особенностям. Классификация твердых сплавов производится по таким признакам:

• составу химических элементов (наименованию, процентному содержанию);
• по технологии производства;
• области применения.

По присутствующим химическим элементам их делят на следующие категории:

• вольфрамокобальтовые (маркировка ВК);
• титановольфрамокобальтовые (ТК);
• титанотанталовольфрамокобальтовые (ТТК).

По применяемым технологиям получения разделяют на: спекаемые, литые, порошкообразные. Спекаемые, состоят из карбидов.  Делятся на три группы:

• однокарбидные (карбид вольфрама);
• двухкарбидные (включающие карбиды двух металлов: титана и вольфрама);
• трехкарбидные (сваренные из трех элементов).

По процентному содержанию каждого элемента их делят на следующие группы.

К первой относятся материалы, состоящие из карбида вольфрама и кобальт. Они имеют обозначения ВК. К этой многочисленной группе относятся сплав: ВК4, ВК3М, ВК6М. очень популярным является твердый сплав ВК8 и ВК3. Расшифровывается ВК3 так же, как и все вольфрамовые сплавы.

Вторая объединяет титановольфрамовые сплавы. Имеет аббревиатуру ТК. К ней относятся: Т5К10, Т14К8.

Четвертая, объединяет материалы, у которых имеется износостойкое покрытие. Они обозначаются аббревиатурой ВП. В нее входят: ВП3115, ВП3325. В основу каждого из них заложена основа известного сплава. Например, у ВПЗ115 основа – ВК6.

Вольфрамосодержащие твердые сплавы

Их маркируют следующим образом — ВК6, ВКЗМ, ВК6М, ВК8. Основной областью применения является изготовление режущего инструмента. Сплав ВК8 применяется для изготовления резцов.

Комплект наконечников ВК6

Он позволяет обрабатывать чугун. Используют для производства инструмента, способного осуществлять так называемую безстружковую обработку материалов.

Титановольфрамосодержащие твердые сплавы

Из марок Т5К10, Т14К8, Т15К6 изготавливают инструмент для высокоскоростной обработки различных видов стали. С их помощью обрабатывают металлы, различные соединения с повышенными показателями твердости и теплостойкости.

Самым характерным примером подобного инструмента являются различного рода резцы и буровые колонки.

Характеристики твердых сплавов

Характеристики определяют их свойства и область применения. К ним относятся:

• наименование и процентное содержание химических элементов;
• физические и механические свойства;
• особенности технологических процессов получения;

Химический состав, процентное содержание основных элементов определяется по таблицам ГОСТ.

Производство твердых сплавов

К физико-механическим характеристикам относятся:

• допустимая прочность, которая проверяется при помощи изгиба (изменяется от 1200МПа ВК2, до 2150 МПа для сплава ВК25);
• твердость (возрастает от 89,5HRA — ВК3, достигает величины 91 HRA — ТТ20К9);
• плотность (этот показатель колеблется от 14,9г/см3 до 15,2г/см3);
• реализуемая теплопроводность — около 51 Вт/(м×°С);
• жаропрочность;
• коррозийная стойкость.

Приведенный перечень характеристик позволяет определить область использования.

Области применения

Из них изготавливают оснастку к металлорежущим станкам, бурильному оборудованию.

Перечень основных направлений использования выглядит следующим образом:

• изготавливают сверла, фрезы, резцы и другой инструмент металлорежущий инструмент;
• отдельные детали мерительного инструмента;
• изготовление специальных клейм, различных штампов;
• инструментов для вырубки;
• отдельных элементов станков для волочения и проката;
• инструменты для горнодобывающей техники;
• элементы износостойких подшипников;
• напыление на стальные корпуса подшипников;
• оборудование для рудообогатитегтных фабрик;
• напыление на поверхности деталей из более мягких материалов. Это позволяет значительно улучшить твердость, жаропрочность, коррозийную стойкость.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Твердые сплавы (металлокерамические)

Твердые сплавы играют большую роль в промышленности, в особенности в машиностроении.

Внедрение их в металлообрабатывающую промышленность повысило в среднем производительность труда и 2 — 3 раза, а скорости резания в 2 — 1 раза (100 — 200 м/мин взамен максимальной скорости для быстрорежущем стали 40 — 50 м/мин).

Применение твердых сплавов позволяет получить полную экономию средств, а также обеспечивает значительное повышение темпов производства.

Твердые металлокерамические сплавы отличаются от быстрорежущей стали большим содержанием вольфрама (до 90%), а в некоторых марках также наличием титана (от 5 до 60%), образующих тугоплавкие карбиды. Высокая красностойкость (до 750 — 800° и выше) и износоустойчивость объясняются присутствием в твердых сплавах соответствующих карбидов, обладающих высокой твердостью.

При правильной эксплуатации и полном использовании режущих и механических свойств твердого сплава инструменты, оснащенные пластинками твердого сплава, обеспечивают более высокую эффективность (от 3 до 5 и более раз) по машинному времени по сравнению с инструментами из быстрорежущей стали.

Группы

Твердые сплавы по своему химическому составу разделяются на две группы:

1. вольфрамокарбидные, состоящие из карбида вольфрама и твердого раствора карбида вольфрама в кобальте
2. титановольфрамокарбидные, состоящие из карбида вольфрама, карбида титана и твердого раствора этих карбидов в кобальте

Для изготовления режущих инструментов согласно ГОСТу 3882-61 применяются:

1. вольфрамокаэбидные сплавы ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6М, ВК6, ВК8, ВК8В;
2. титановольфрамокарбидные сплавы Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4, Т5К12В.

С повышением содержания кобальта режущие свойства твердых сплавов понижаются, но зато повышается их прочность и вязкость. Титановольфрамокарбидные сплавы, как правило, отличаются более высокой режущей способностью и износоустойчивостью по сравнению с Еольфрамокарбидными сплавами.

Физико-механическме свойства твердых сплавов

Режущие свойства твердых сплавов зависят не только от химического состава, но также и от их физико-механических свойств.

В процессе резания режущие кромки инструмента нагреваются до 800 и выше, поэтому физико-механические свойства важно знать не только в холодном, но и в нагретом состоянии.

При этом надо учитывать, что при работе происходит нагрев режущих кромок инструмента только в зоне резания и на некотором расстоянии от нее, тогда как вся пластинка твердого сплава остается мало нагретой.

Необходимо отметить, что физико-механические свойства твердых сплавов изучены еще недостаточно, особенно в процессе резания. Данные по прочностной характеристике, полученные в лабораторных условиях путем нагреваний пластинок не совпадают с данными, характеризующими прочность режущих кромок в процессе резания.

Одной из основных характеристик твердого сплава появляется удельный вес. Он позволяет контролировать степень объемной пористости сплава, которая обычно находится в пределах 1 — 2% С увеличением удельного веса качество сплава повышается величина его отмечается на каждой коробке поставляемого сплава.

Теплопроводность

Теплопроводность вольфрамокарбидных сплавов почти не зависит от содержания кобальта и приближается к теплопроводности малоуглеродистой стали.

Теплопроводность титановольфрамокарбидных сплавов значительно ниже (в 2 — 3 раза) теплопроводности вольфрамо-карбидных сплавов и приближается к теплопроводности быстрорежущей стали Р18. Теплоемкость твердых сплавов сравнительно мала. Она меньше теплоемкости малоуглеродистой и быстрорежущей стали в 2 — 2,5 раза.

Для вольфрамокарбидных сплавов теплоемкость меньше, чем для титановольфрамокарбидных сплавов, у которых она повышается с увеличением карбидов титана и уменьшением кобальта.

Во избежание глубоких трещин и поверхностной их сетки, необходимо применять медленное нагревание при пайке, пониженные режимы резания при шлифовании и заточке, используя, где только возможно, обильное охлаждение.

Предельными значениями скорости вращения шлифовального круга при заточке являются: для вольфрамокарбидных сплавов 18 м/сек, для титановольфрамокарбидных 12 м/сек. Ни в коем случае недопустима скорость круга, применяемая при заточке инструментов из стали (25 — 30 м/сек).

Трещины

Трещины появляются и при быстром местном нагревании сплава в процессе резания, в особенности при наличии большого износа режущих поверхностей.

Нельзя допускать большого износа (не выше 0,6-0,8 мм по задней поверхности), так как выводить трещины путем заточки весьма трудно.

Титановодьфрамокарбидные сплавы более чувствительны к трещинам, чем вольфрамокарбидные, причем с повышением процентного содержания титана склонность к трещинам резко возрастает.

Коэффициент линейного расширения

Коэффициент линейного расширения титановольфрамокароидных сплавов примерно в 2 раза ниже, чем для малоуглеродистой стали. Это различие отражается на качестве инструмента с напаянными пластинками твердого сплава.

Из-за дополнительных напряжении пластинка твердого сплава часто отслаивается по всему сечению вблизи припоя.

Для уменьшения разницы в значениях коэффициента линейного расширения твердого сплава и стали целесообразно при напайке помещать, между пластиной и державкой прокладки (например, из пермаллоя).

Магнитная проницаемость твердых сплавов незначительна, так как она обусловлена в основном присутствием кобальта. Различие в магнитныхсвойствах используется в производстве для рассортировки различных марок твердых сплавов.

Твердость

Твердость является одним из важных свойств твердого сплава, так как от нее зависит износоустойчивость. Она выше твердости быстрорсжущсй стали на HRА 5 — 8 и возрастает с увеличением вольфрама пли титана и уменьшением кобальта.

Повышенная твердость сплавов объясняется твердостью тугоплавких карбидов, соответствующей, примерно, твердости корунда. Режущие свойства твердого сплава зависят в основном от красностойкости, которая повышается с увеличением содержания карбидов.

Сплавы титановольфрамокарбндной группы обладают большей красностойкостью по сравнению со сплавами вольфрамокарбидной группы; красностойкость повышается с увеличением содержания карбидов.

Слипаемость

При высокой температуре частицы обрабатываемого материала привариваются к контактным площадкам режущего инструмента. Это свойство зависит от склонности к слипанию пары трущихся металлов заготовки и инструмента.

Слипаемость титановольфрамо-карбидных сплавов происходит при более высокой температуре, чем вольфрамокарбидных сплавов, которые мало отличаются в этом отношении от быстрорежущей стали Р18. Меньшая склонность к слипанию титановольфрамокарбидных сплавов обусловливается образованием на поверхности пластинки этого сплава плотной оксидной пленки.

Пленка понижает как коэффициент трения между парой трущихся металлов, так и прочность приваренных частиц металла к инструменту.

Износоустойчивость

Ценным свойством твердых сплавов является большая износоустойчивость по сравнению с износоустойчивостью быстрорежущей стали. Это свойство выгодно использовать для таких инструментов, как развертки, протяжки, алмазозаменители для правки шлифовальных кругов и др.

Износоустойчивость зависит от химического состава и структуры сплава, его физико-механических свойств и условий работы инструмента.

Поэтому трудно получить абсолютные величины износоустойчивости и приходится удовлетворяться сравнительными данными в каждом конкретном случае в зависимости от вида и условий износа.

Предел прочности

Предел прочности при сжатии для вольфрамокарбидных сплавов определяется в 400 к Г/мм2 и выше, причем максимальное его значение получается для сплава с содержанием кобальта 3 — 5%.

При большом содержании кобальта предел прочности при сжатии несколько снижается, однако для всех марок твердого сплава он имеет высокие значения.

Это важное свойство твердых сплавов необходимо применять при конструировании инструментов, оснащенных твердым сплавом.

Однокарбидные твердые сплавы

Твердые сплавы, в состав которых входит только карбид вольфрама, обозначают буквами ВК и цифрой, указывающей на содержание кобальта. Так, сплав ВК3 содержит 3% кобальта и 97% вольфрама, ВК8 – 8% и 92% соответственно. В сплаве ВК10-ХОМ присутствует также карбид хрома, но по классификации он относится к однокарбидным.

С увеличением содержания кобальта возрастает предел прочности на поперченный изгиб и прочность во время резки, но снижается износостойкость и твердость. Сплав ВК3 со значительным содержанием карбида вольфрама подходит для чистовой обработки, при которой скорость резки максимальна. Сплавы ВК8 и ВК10-ХОМ используются в черновой обработке и при ударных нагрузках.

Твердые сплавы карбида вольфрама и кобальта используются для работы с материалами, которые образуют стружку, состоящую из отдельных частиц, не связанных друг с другом. К ним относят хрупкие материалы, такие как чугун, цветные сплавы на основе никеля и титана, фарфор, стекло и стеклопластики. К хрупким относятся стали с повышенной стойкостью к коррозии и высоким температурам.

Двухкарбидные твердые сплавы

Сплавы, содержащие карбиды вольфрама и титана, используют для инструментов, которыми обрабатывают материалы со сливной стружкой.

У двухкарбидных сплавов стойкость к окислению, твердость и теплостойкость выше, чем у однокарбидных, но ниже упругость, теплопроводность и электропроводность.

Устойчивость к усталостному разрушению у титановольфрамовых сплавов объясняется повышенной температурой схватывания при спекании. Эти сплавы используют при высоких скоростях резания стали.

Как и однокарбидных сплавах, предел прочности на сжатие и изгиб повышается с ростом содержания кобальта.

Сплавы Т3ОК4 и Т15К6, используются в чистовой и получистовой обработке, а сплавы Т5К10 и Т5К12 подходят для медленной резки и работе с ударными нагрузками.

Трехкарбидные твердые сплавы

Добавление в твердые сплавы карбида тантала повышает твердость и прочность на изгиб в широком диапазоне температур. Это соединение увеличивает стойкость к повышенным температурам, окислению и усталостному разрушению при циклических нагрузках. Стандарт содержит четыре сплава — ТТ8К6, ТТ10К8Б, ТТ20К9, ТТ7К12 с содержанием карбида тантала от 2 до 12%.

Твердые сплавы с карбидом тантала используются для особо тяжелых режимов резания, при циклических нагрузках на инструмент. Сплав ТТ7К12 применяется для работы в наиболее неблагоприятных условиях – строгание, прерывистое точение, черновое фрезерование твердых и коррозионностойких сталей.

Твердые сплавы без карбида вольфрама

Несмотря на достоинства вольфрама, он считается дорогим и дефицитным веществом. Поэтому ведутся исследовательские работы по созданию твердых сплавов без вольфрама или с минимальным его содержанием.

Такие сплавы состоят из карбидов и карбидонитридов титана, а связкой выступает никель и молибден. Эти сплавы имеют хорошую твердость и стойкость к образованию окалины, но уступают по упругости у ударной вязкости.

Их характеристики снижаются при повышенных температурах.

Твердые сплавы, не содержащие вольфрам, используют для чистовой и получистовой обработке. Ими обрабатывают углеродистые и легированные стали, титановые сплавы. Безвольфрамовые сплавы работают при средних и высоких скоростях резания.

Статья носит ознакомительный характер.
Не забывайте консультироваться со специалистами.