Классификация и маркировка твердых сплавов

Теоретические сведения.

Под твердыми сплавами понимают сплавы на основе высоко- твердых и тугоплавких карбидов вольфрама (WC), титана (TiC), тан- тала (TaC), соединенных металлической связкой, например, кобаль- том. Карбидная фаза может состоять из одного (WC), двух карбидов (TiC и WC) или трех карбидов (TiC, TaC и WC).

Увеличение содержания связки вызывает снижение твердости, но повышает прочность и вязкость.

Твердые сплавы являются основным инструментальным мате- риалом, обеспечивающим высокопроизводительную обработку мате- риалов. Скорость резания, применяемая при обработке твердосплав- ным инструментом, в 2-5 раз выше, чем при использовании быстро- режущего инструмента.

Твердые сплавы производят в виде пластин определенных форм и размеров, которыми оснащают режущие инструменты.

Пластины изготавливаются методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, прессуют и спекают при температуре 1500 – 1900 °С в защитной атмосфере водо- рода или в вакууме. При спекании кобальт плавится и растворяет часть карбидов, что позволяет получать плотный материал (порис- тость, как правило, не превышает 5 %), состоящий на 80 – 97 % из карбидных частиц, сцементированных кобальтовой связкой.

Полученные твердосплавные пластинки напаивают припоями из латуни Л63, Л68 или из серебра ПСр40, ПСр45 на рабочую часть ме- таллорежущего инструмента, или закрепляют механически – на винт.

Многогранные пластинки, которые крепят механическим спосо- бом, повторно не затачивают. После изнашивания одной из режущих кромок пластинку поворачивают и обработку выполняют следующей кромкой. На пластины могут быть нанесены износостойкие покры- тия, которые обеспечивают повышение скорости резания на 20 – 40 % при сохраненном периоде стойкости инструмента или позволяют

увеличить стойкость инструмента при эксплуатации в том же скоро- стном диапазоне, что и пластины без покрытий.

Пластины с покрытиями имеют недостаток – выкрашивание и сколы режущих кромок при черновых операциях. Кроме того, про- цесс нанесения покрытия, особенно физическим методом осаждения, увеличивает радиус скругления режущей кромки пластин до 40 мкм, что ограничивает их применение для финишных операций, при кото- рых требуются острые режущие кромки.

Из твердых сплавов могут быть выпущены также и цельные твердосплавные инструменты: концевые фрезы, сверла, зенкеры.

Инструменты, изготовленные из твердых сплавов, обладают вы- сокой твердостью 80 – 92HRA (74–77HRC), износостойкостью, соче- тающейся с высокой теплостойкостью (950–1100°С). Твердые сплавы имеют также высокий модуль упругости и предел прочности на сжа- тие. Их главные недостатки – сложность изготовления фасонных ин- струментов, высокая хрупкость и низкая теплопроводность.

Твердые сплавы по составу делят на три группы: вольфрамовая (однокарбидная); титановольфрамовая (двухкарбидная); титанотан- толоволъфрамовая (трехкарбидная).

1. Вольфрамовые твердые сплавы: ВКЗ; ВК6; ВК3-М; ВК6М; ВК6-ОМ; ВК6-В; ВК8; ВК8-В; ВК10; ВК10-ХОМ; ВК4-В; ВК11-В; ВК20; ВК15.

К вольфрамовой группе относятся сплавы системы WC–Со, т.е. однокарбидные твердые сплавы.

Они маркируются буквами ВК и цифрой, показывающей массо- вую долю кобальта в процентах.

Например: сплав ВК15 содержит Со = 15 %, WC = 85 %.

Если твердый сплав имеет мелкое зерно WC, то в его маркиров- ку добавляют букву М, например, ВК3-М. В случае особомелкозер- нистой структуры (с размером зерна менее 1 мкм), в обозначение до- бавляют буквы ОМ. Особомелкозернистые твердые сплавы, легиро- ванные хромом, обозначаются буквами ХОМ. Структура сплавов

«ОМ» и «ХОМ» позволяет при заточке и доводке инструментов дос- тигать меньших радиусов округления режущих кромок и заметно по- высить качество и точность обрабатываемых деталей.

Крупнозернистые сплавы (с размером зерна 3 – 5 мкм) марки- руются буквой В.

С уменьшением размера зерен карбидов твердость, износостой- кость и, следовательно, сопротивление абразивному износу возраста- ет, а прочность, наоборот, снижается.

Обычно, мелкозернистые сплавы применяются на чистовых операциях, а крупнозернистые сплавы – на черновых и получисто- вых.

Сплавы вольфрамовой группы WC – Со имеют наибольшую прочность, но более низкую твердость, чем сплавы других групп. Они сохраняют теплостойкость до 800ｰС.

2. Титановольфрамовые твердые сплавы: Т30К4; Т15К6; Т5К10; Т14К8.

Титановольфрамовые твердые сплавы – это сплавы системы WC – TiC – Со, т.е. двухкарбидные твердые сплавы.

В маркировке цифра после буквы Т обозначает массовую долю карбидатитана в процентах, цифра после буквы К – массовую долю кобальта в процентах.

Например, в сплаве Т14К8 содержится Со = 8 %, TiC = 14 %. На долю карбида вольфрама приходится WC = 100 - (8 + 14) = 78 %.

Сплавы титановольфрамовой группы имеют более высокую те- плостойкость (до 900 – 1000 °С) и твердость. Это связано с тем, что карбид вольфрама частично растворяется в карбиде титана при тем- пературе спекания с образованием твердого раствора (Ti,W) C, имеющего более высокую твердость, чем WC.