Виды твердых сплавов

Семинар 2

Совершенствование материалов для изготовления лезвийных инструментов (продолжение)

Твердые сплавы

Твердые сплавы состоят из карбидов (титана, вольфрама, тантала и др.) и связки (кобальт, никель, молибден), которая удерживает зерна в каркасе и придает сплаву прочность.

Таблица 3

Основные физико-механические свойства современных твердых сплавов

С увеличением содержания карбидов увеличивается твердость, теплостойкость и износостойкость сплавов.

С увеличением содержания связки увеличивается вязкость и прочность сплавов.

Изготовление твердых сплавов осуществляют методами порошковой металлургии путем предварительного спекания, механического изменения формы и окончательного спекания.

Преимущества:

· высокая твердость до Т=700-900-1000 °С;

· высокий предел прочности при сжатии;

· высокое значение модуля упругости;

· высокая износостойкость.

Инструмент из твердого сплава позволяет повысить скорость резания в 2-5 раз по сравнению со скоростью резания для инструмента из быстрорежущей стали.

Недостатки:

· невысокая прочность при изгибе (sи=1000–2500 МПа);

· невысокая ударная вязкость.

Виды твердых сплавов

1. Сплавы ВК – двухфазные сплавы WC-Co (ВК6, ВК8 – цифра содержание кобальта 6 и 8%).

Преимущества:

· высокая ударная вязкость;

· высокий предел прочности при изгибе;

· хорошая теплопроводность.

Недостатки:

· низкая сопротивляемость высокотемпературному окислению и коррозии;

· имеют повышенную склонность к адгезии с металлами.

Применение:

Инструменты из ВК используют при обработке чугунов, цветных металлов и их сплавов, стеклопластиков.

2. Сплавы ТК – трехфазные сплавы на основе WC-TiC-Co (Т30К4 – первая цифра содержание TiC, вторая содержание кобальта).

Преимущества:

· высокая твердость, теплостойкость и окалиностойкость;

· высокая сопротивляемость адгезионно-усталостному изнашиванию;

· высокая сопротивляемость диффузионному растворению в стали при высоких температурах.

Недостатки:

· малый модуль упругости;

· низкая теплопроводность и сопротивляемость тепловому удару (термошок)

Применение:

Инструменты из ТК используют при обработке нетермообработанных сталей, дающих сливную стружку, на значительно более высоких скоростях резания по сравнению с инструментом из ВК.

3. Сплавы ТТК – четырехфазные сплавы на основе WC- TiC-TaC-Co (ТТ10К8).

Преимущества:

· высокая прочность при изгибе;

· высокая твердость;

· высокие термостойкость и стойкость против окисления на воздухе;

· низкая высокотемпературная ползучесть;

· высокий предел усталости при циклическом нагружении.

Недостатки:

Высокая стоимость.

Применение:

Инструменты из ТТК используют при обработке труднообрабатываемых материалов в условиях циклического и нестабильного нагружения, в т.ч. с СОТС.

4. Керметы – сплавы на основе карбонитридов (TiCN) и карбидов титана (TiC) с никель-молибденовой связкой. Позволяют экономить дефицитные W, Ta и Co. Свойства этих сплавов приведены в табл. 7.

Таблица 7

Керметы отличаются высокой твердостью, окалиностойкостью, имеют низкий коэффициент трения и пониженную адгезию по отношению к ферро - содержащим металлам, что снижает интенсивность изнашивания передней поверхности инструмента и улучшает качество обработанных поверхностей за счет снижения шероховатости и повышения точности. В то же время, по сравнению с вольфрамосодержащими сплавами (HW, HF) керметы (HT) имеют более низкий модуль упругости, а следовательно, и хуже сопротивляются упругим и пластическим деформациям. Кроме того, по сравнению со сплавами WC-TiC-Co керметы имеют меньшую теплопроводность и ударную вязкость, поэтому они хуже сопротивляются напряжениям, имеющим циклический характер, а также термоударным нагрузкам. Свойства керметов определяют и области их рационального применения. Инструменты, оснащенные керметами, используют для чистовой и получистовой обработки (точении, фрезе­рование) углеродистых и легированных сталей с высокой скоростью резания и относительно небольшим сечением среза взамен WC-TiC-Co сплавов.

Твердые сплавы с покрытием

Покрытия наносят методом химического осаждения (ХОП – CVD), который основан на термохимических реакциях, приводящих к формированию соединений, образующих покрытие. Процессы осуществляются при высоких температурах (800-1100 ^оС) и большой длительности (до 6 часов). Технология эффективна при серийном изготовлении т/с пластин с покрытием.

Свойства, структура и качество покрытий, зависят от технологических параметров процессов, среди которых основными являются:

· температура;

· время осаждения;

· состав и концентрация реагентов;

· давление и скорость подачи парогазовой среды.

Классификация покрытий

Преимущества:

· повышают поверхностную твердость;

· улучшают соотношение твердость-вязкость т/с;

· повышают химическую пассивность твердого сплава по отношению к любым металлам.

· повышают сопротивляемость инструмента изнашиванию;

· снижают термомеханические напряжения;

· улучшают тепловое состояние инструмента.

Результат:

· повышение стойкости инструмента до 2-3 раз;

· увеличение скорости резания на 20-30 %;

· расширение области применения твердых сплавов;

· повышение качества и точности обработки.

Применение:

Покрытия повышают эффективность твердосплавных инструментов на чистовых и получистовых операциях непрерывного резания сталей и чугунов. На операциях черновой обработки, прерывистого резания, а также резания труднообрабатываемых материалов эффективность т/с инструментов с покрытием существенно снижается.

Области применение т/с

Стандарт ISO 513:2004-07 делит все область применения т/с на шесть групп: P, M, K, N, S и H, которые также делятся на подгруппы. Такая классификация учитывает уровень основных свойств каждой марки т/с, а также условия обработки, включающие характер операции и уровень режимов обработки, вид обрабатываемого материала и формируемой стружки.

Таблица 4.

Технология изготовления сплавов с уменьшенным размером зерен предусматривает небольшие добавки карбидов тантала (TaC), роль которых состоит в сдерживании роста зерен WC при высокотемпературном спекании сплава. Сплавы с экстра-мелким – и ультра-мелким зерном обладают сбалансированное соотношение между твердостью и вязкостью, имеют более высокую твердость и износостойкость по сравнению со сплавами стандартной зернистости такого же состава. Инструменты, оснащенные такими сплавами, используют для резания твердых чугунов, закаленных и коррозионно-стойких сталей, а также чистовой обработки труднообрабатываемых сплавов на основе Ti, Ni.

Сплавы с экстрамелким и ультрамелким зерном используют также для изготовления цельно-твердосплавных сверл, зенкеров, концевых фрез, метчиков. Такой инструмент имеет стойкость в десятки раз больше стойкости аналогичного инструмента из быстрорежущей стали и рекомендуется для различных операций обработки, в том числе, для чистового резания, так как при затачивании инструмента возможно получение радиуса округления режущей кромки до 3 мкм

В России разработаны сплавы экстра-мелкозернистой структуры, легированные карбидами хрома (CrC) взамен более дорогих карбидов TaC. При содержании кобальта от 10% и выше добавки CrC не приводят к снижению прочности сплав и эффективно сдерживают рост размеров зерен WC при высокотемпературном спекании. Сплавы BK10XOM рекомендуют для черновой и получерновой обработки коррозионно-стойких сталей, некоторых марок Ti -, Ni - сплавов, а также Mo -,W - сплавов.

За последние десятилетия разработаны новые марки твердых сплавов, имеющие улучшенные эксплуатационные свойства. Совершенствования сплавов проводиться по нескольким основным направлениям:

Направления совершенствования т/с

1. Разработка экстра- (до 0.5-0.9 мкм) и ультра-мелкозернистых (до 0.3-0.5 мкм) твердых сплавов с более сбалансированным соотношением твердости и вязкости в сравнении со стандартными сплавами. Подобные сплавы используют для изготовления цельно-твердосплавного инструмента сложной формы типа сверл, концевые фрез, метчиков и т.д., а также различных марок многогранных пластин для оснащения режущего инструмента. Для инструмента из таких сплавов возможно получение радиуса округления режущей кромки до 3 мкм, что позволяет существенно улучшить параметры чистовой обработки.

2. Создание сплавов с более теплостойкими связками, например, на основе легирования кобальта рением (Re) или рутением (Ru). Подобные сплавы имеют более высокую теплостойкость и износостойкость при сохранении прочности.

3. Разработка сплавов с износостойкими покрытиям. Такие сплавы имеют повышенные эксплуатационные свойства и более широкую область технологического применения.

Поиск по сайту: