Тверді сплави

1. Поняття “тверді сплави”.

2. Види твердих сплавів.

3. Металокерамічні тверді сплави.

1. Твердими сплавами називають стійкі до спрацювання і вельми тверді металеві матеріали, що містять у структурі велику кількість карбідів вольфраму, титану, танталу, хрому, заліза. Цим карбідам властива висока твердість у рівноважному стані. Самі по собі карбіди не можуть утворити міцних компактних виробів через їх крихкість, тому для їх зв'язки використовують кобальт, нікель, залізо.

2. Розрізняють тверді сплави литі і порошкоподібні, а також металокерамічні.

Литі і порошкоподібні тверді сплави наплавляють для забезпечення довговічності і надійності деталей, працюючих в умовах підвищеного зносу, агресивних середовищ, високих температур і тиску. Великий економічний ефект дає відновне наплавлення зношених деталей машин і інструментів.

Стеліти — литі тверді сплави на основі кобальту, що містять карбіди хрому і вольфраму. Їх використовують для деталей ущільнювачів арматури, що працюють при тиску до 30 МПа і температурах до 650 °С. Стеліти поставляють у вигляді литих прутків і наплавляють на сталеві заготовки арматури киснево-ацетиленовим полум'ям або аргоново-дуговим методом.

Сормайти дешевше стелітів, у них кобальт замінений залізом, а вольфрам хромом (25—31 % Сг). За ГОСТ 11545—65 сормайт випускають у вигляді прутків або порошку. Прутковий сормайт застосовують для наплавлення пуансонів, матриць, валів і рольгангів прокатних станів, лемешів і т. п.; порошкоподібний — для наплавлення на деталі, якщо допускається пористість поверхневого шару, а механічна обробка наплавлених поверхонь не потрібна (зуби землечерпалок, ковшів екскаваторів, щоки дробарок). Наплавлення сормайта проводиться частіше за все різними видами зварки електродуги, струмами високої частоти, електрошлаковим методом, плазмовою дугою.

Крім сормайта застосовують велику кількість різних марок наплавлювальних сплавів, наприклад наплавлення порошковим дротом (ПП) марки ПП-20Х9Г9Т забезпечує високу стійкість проти кавітації (виразки) поверхневого шару деталей, проти корозії, а також здатність самозміцнюватися під впливом ударів. Електроди С6 з обмазкою складу 45 % порошку хрому, 5% графіту, 35% марганцю, 13% плавикового шпату, 2% декстрина + 30% рідкого скла (до ваги сухої обмазки) застосовують для наплавлення деталей, що працюють в умовах абразивного зносу з ударними навантаженнями при температурах до 1000°С. Ці електроди називають тими, що самофлюсуються (до складу обмазки входять компоненти – плавиковий шпат, рідке скло, створююче шлак при наплавці).

3. Металокерамічні тверді сплави застосовують у вигляді пластинок до різального інструменту та інструменту для бурів (при бурінні гірських порід), для армування штампів, а також у вигляді фільєр для волочіння. Деякі дрібні різальні інструменти (свердла, розгортки, фрези) виготовляють цілком з твердих сплавів.

Металокерамічні тверді сплави дуже тверді (НКА 82—92) і здатні зберігати твердість до температури 1000—1100 °С.

Основною складовою таких сплавів є карбіди вольфраму, титану, танталу. Як зв'язуючий метал застосовують кобальт.

За ГОСТ 3882—74 випускаються металокерамічні сплави трьох груп: вольфрамова — марки ВКЗ, ВКЗМ, ВК4, ВК4В, ВК6, ВК6М, ВК60М, ВК6В, ВК8, ВК8ВК, ВК10, ВК10М, ВК100М, ВК10КС, ВК11В, ВК11ВК, ВК15, ВК20, ВК20КС, ВК20К, ВК25; титано-вольфрамова — марки ТЗОК4, Т15К6,Т14К8, Т5К12; титано-тантало-вольфрамова — марки ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8Б, ХТ20К9.

Сплави марок ВКЗ, ВКЗМ, ВК4, ВК4В, ВК6, ВК6М, ВК60М, ВК6В, ВК8, ВК10, ВК10М, всі сплави титано-вольфрамової і титано-тантало-вольфрамової груп використовуються для обробки різанням металів, пластмас, каменя; сплав ВК15 — для різальних інструментів по дереву.

Для армування гірського інструменту використовують сплави марок ВК6 ВК6В, ВК4В, ВК8, ВК8ВК, ВК11ВК, ВК11В, ВК15. Із сплавів марок ВК6, ВК8, ВК15 виготовляють також фільєри і матриці для волочіння і пресування (видавлювання); сплави ВК6 і ВКЗ використовують і при виготовленні деталей вимірювальних інструментів іприладів, що працюють на знос.

Для виготовлення штампів використовують сплави марок ВК15, ВК20, ВК25, ВК10КС, ВК20К, ВК20КС.

Вкажемо на додаток, що буква М позначає дрібнозернисту структуру і томубільш високу стійкість проти спрацювання порівняно з тими ж марками нормальної зернистості; букви В або КС у кінці маркування визначають більш високу експлуатаційну міцність і опір ударним вібраціям і фарбуванню за рахунок грубозернистої структури; стійкість проти спрацювання таких сплавів нижче порівняно з тими ж марками нормальної зернистості; буква О указує на вміст 2% карбіду танталу, що дещо збільшує твердість і зносостійкість сплаву.

При виготовленні виробів з металокерамічних твердих сплавів порошкоподібні складові ретельно перемішують і суміш пресують під тиском від 100 до 420 МПа. Отримані в прес-формах напівфабрикати поміщають в електропіч, де при температурі до 1500°С вони спікаються. При спіканні зв'язуючий метал (кобальт) розплавляється і, обволікаючи зерна карбідів, зв'язує їх. При виробництві твердих сплавів пресування і спікання часто суміщають з гарячим пресуванням.

Пластинками з твердих сплавів оснащують різці, свердла, фрези, зенкери і інші інструменти. Їх або механічно кріплять до тримача,або припаюють до тримача.