З м і с т
Подписаться на этот канал RSS

6. Тверді сплави (0)

  Тверді сплави виготовляють методами порошкової металургії. Основні компоненти: карбід вольфраму (WC), карбід титану (ТіС) і карбід танталу (ТаС), зв'язкою служить металічний кобальт, нікель, або молібден. Теплостійкість твердих сплавів різних марок становить 800-1100 оС, що позволяє значно підняти швидкість різання (до 150-200 м/хв). Недолік їх - відносно низька міцність на згин узг=0,9-1,6 гПа, а у швидкорізальної сталі узг=3-3,5 гПа. Міцність на стиск уст=4-6гПа, а твердість 90-96 НRA.

    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.

    

1. Типи твердих сплавів

Розрізняють спечені й литі тверді сплави. Головною особливістю спечених твердих сплавів є те, що вироби з них отримують методами порошкової металургії і вони піддаються тільки обробці шліфуванням або фізико-хімічних методів обробки (лазер, ультразвук, травлення в кислотах та ін), а литі тверді сплави призначені для наплавлення на оснащується інструмент і проходять не тільки механічну, але часто і термічну обробку (гарт, відпал, старіння та ін). Порошкові тверді сплави закріплюються на оснащуються інструментами методами пайки або механічним закріпленням. 
Тверді сплави розрізняють по металах карбідів, в них присутніх: вольфрамові - ВК2, ВК3, ВК3М, ВК4В, ВК6М, ВК6, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25; титано-вольфрамові - Т30К4, Т15К6, Т14ДО8, Т5К10 , Т5К12В; титано-тантало-вольфрамові - ТТ7К12, ТТ10К8Б.Безвольфрамовие ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30

За хімічним складом тверді сплави класифікують:

  • вольфрамокобальтовие тверді сплави (ВК);
  • титановольфрамокобальтовые тверді сплави (ТК);
  • титанотанталовольфрамокобальтовые тверді сплави (ТТК).

Тверді сплави по призначенню діляться (класифікація ІСО) на:

  • Р - для сталевих виливків і матеріалів, при обробці яких утворюється зливна стружка;
  • М - для обробки важкооброблюваних матеріалів;
  • К - для обробки легованих сталей та інших сплавів.

Через дефіцит вольфраму розроблена група безвольфрамових твердих сплавів, званих керметів. Ці сплави містять в своєму складі карбіди титану (TiC), карбонітріди титану (TiCN), пов'язані нікельмолібденових основою. Технологія їх виготовлення аналогічна вольфрамосодержащім твердим сплавів.

Ці сплави в порівнянні з вольфрамовим твердими сплавами мають меншу міцність на вигин, ударну в'язкість, чутливі до перепаду температур через низьку теплопровідності, але мають переваги - підвищену теплостійкість (1000 C) і низьку схвативаемость з робочою матеріалами, завдяки чому не схильні до наростообразованію при різанні. Тому їх рекомендують використовувати для чистового і получістового точіння, фрезерування. За призначенням відносяться до групи Р класифікації ІСО.

 

1.1. Властивості твердих сплавів

Платівки з твердого сплаву мають HRA 86-92 мають високу зносостійкість і красностойкостью (800-1000 C), що дозволяє вести обробку з швидкостями різання до 800 м / хв.

1.2. Спечені тверді сплави

    Тверді сплави виготовляють шляхом спікання суміші порошків карбідів і кобальту. Порошок попередньо виготовляють методом хімічного відновлення (1-10 мкм), змішують у відповідному співвідношенні і пресують під тиском 200-300 кгс / см , а потім спекают в формах, які відповідають розмірам готових пластин, при температурі 1400-1500 C, в захисній атмосфері . Термічній обробці тверді сплави не піддаються, оскільки відразу ж після виготовлення володіють необхідним комплексом основних властивостей.

    Композиційні матеріали, що складаються з металлоподобного сполуки, цементованого металом або сплавом. Їх основою найчастіше є карбіди вольфраму або титану, складні карбіди вольфраму і титану (часто також і танталу), карбонітріди титану, рідше - інші карбіди, борид і т. п. В якості матриці для утримання зерен твердого матеріалу у виробі застосовують так звану "зв'язку" - метал або сплав. Звичайно як "зв'язки" використовують кобальт (кобальт є нейтральним елементом по відношенню до вуглецю, він не утворює карбіди і не руйнує карбіди інших елементів), рідше - нікель, його сплав з молібденом (нікель-молібденова зв'язка).

 

1.2.1. Отримання твердих сплавів методом порошкової металургії

  1. Отримання порошків карбідів і кобальту методом відновлення з оксидів.
  2. Подрібнення порошків карбідів і кобальту (виробляється на кульових млинах протягом 2-3 діб) до 1-2 мікрон.
  3. Просіювання і повторне подрібнення при необхідності.
  4. Приготування суміші (порошки змішують в кількостях, що відповідають хімічному складу виготовляється сплаву).
  5. Холодне пресування (в суміш додають органічний клей для тимчасового збереження форми).
  6. Спікання під навантаженням (гаряче пресування) при 1400 C (при 800-850 C клей згорає без залишку). При 1400 C кобальт плавиться і змочує порошки карбідів, при подальшому охолодженні кобальт кристалізується, поєднуючи між собою частки карбідів.

 

1.2.2. Номенклатура спечених твердих сплавів

Тверді сплави умовно можна розділити на три основні групи:

  • вольфрамосодержащіе тверді сплави
  • тітановольфрамосодержащіе тверді сплави
  • тітанотанталовольфрамовие тверді сплави

Кожна з перерахованих вище груп твердих сплавів підрозділяється в свою чергу на марки, що розрізняються між собою за хімічним складом, фізико-механічними і експлуатаційними властивостями.

Деякі марки сплаву, маючи однаковий хімічний склад, відрізняються розміром зерен карбідних складових, що визначає відмінність їх фізико-механічних та експлуатаційних властивостей, а звідси і областей застосування.

Властивості марок твердих сплавів розраховані таким чином, щоб випускається асортимент міг максимально задовольнити потреби сучасного виробництва. При виборі марки сплаву слід враховувати: область застосування сплаву, характер вимозі, що пред'являються до точності оброблюваних поверхонь, стан обладнання та його кінематичні і динамічні дані.

Позначення марок сплавів побудовано за наступним принципом:

1 група - сплави містять карбід вольфраму і кобальт. Позначаються буквами ВК, після яких цифрами вказується процентний вміст в сплаві кобальту. До цієї групи відносяться такі марки:

ВКЗ, ВКЗМ, ВК6, ВК6М, ВК60М, ВК6КС, ВК6В, ВК8, ВК8ВК, ВК8В, ВК10КС, ВК15, ВК20, ВК20КС, ВК10ХОМ, ВК4В.

2 група - тітановольфрамовие сплави, що мають у своєму складі карбід титану, карбід вольфраму і кобальт. Позначається буквами ТК, при цьому цифра, що стоїть після букв Т позначає% вміст карбідів титану, а після букви К - вміст кобальту. До цієї групи відносяться такі марки: Т5К10, Т14ДО8, Т15К6, ТЗОК4.

3 група - тітанотанталовольфрамовие сплави, що мають у своєму складі карбід титану, танталу і вольфраму, а також кобальт і позначаються буквами ТТК, при цьому цифра, що стоїть після ТТ% вміст карбідів титану і танталу, а після букви К - вміст кобальту. До цієї групи відносяться такі марки: ТТ7К12, ТТ20К9.

4 група - сплави з зносостійкими покриттями. Мають буквене позначення ВП. До цієї групи відносяться такі марки: ВП3115 (основа ВК6), ВП3325 (основа ВК8), ВП1255 (основа ТТ7К12).

Тверді сплави застосовуються для обробки металів різанням: ВК6, ВКЗМ, ВК6М, ВК60М, ВК8, ВК10ХОМ, ТЗОК4, Т15К6, Т14ДО8, Т5К10, ТТ7К12, ТТ20К9.

Тверді сплави застосовуються для бесстружковой обробки металів і деревини, швидкозношуваних деталей машин, приладів і пристроїв: ВКЗ, ВКЗМ, ВК6, ВК6М, ВК8, ВК15, ВК20, ВК10КС. ВК20КС.

Тверді сплави застосовуються для оснащення гірського інструменту: ВК6В, ВК4В, ВК8ВК, ВК8, ВК10КС, ВК8В, ВК11ВК, ВК15.

    

Литі тверді сплави отримують методом плавки і лиття.

 Застосування

    Тверді сплави в даний час є поширеним інструментальним матеріалом, широко застосовуваним в інструментальній промисловості. За рахунок наявності в структурі тугоплавких карбідів твердосплавний інструмент має високу твердість HRA 80-92 (HRC 73-76), теплостійкістю (800-1000 C), тому ними можна працювати зі швидкостями, в кілька разів перевищують швидкості різання для швидкорізальних сталей. Однак, на відміну від швидкорізальних сталей, тверді сплави мають знижену міцність (σі = 1000-1500 МПа), не володіють ударною в'язкістю. Тверді сплави нетехнологічно: через велику твердості з них неможливо виготовити цілісний фасонний інструмент, до того ж вони обмежено шліфуються - тільки алмазним інструментом, тому тверді сплави застосовують у вигляді пластин, які або механічно закріплюються на державках інструменту, або припаюються до них.

Тверді сплави зважаючи на свою високу твердості застосовуються в наступних областях:

  • Обробка різанням конструкційних матеріалів: різці, фрези, свердла, протяжки та інший інструмент.
  • Оснащення вимірювального інструмента: оснащення точних поверхонь мікрометричного обладнання та опор ваг.
  • Таврування: оснащення робочої частини клейм.
  • Волочіння: оснащення робочої частини волок.
  • Штампування: оснащення штампів і матриць (вирубних, видавлювання та ін.).
  • Прокатка: твердосплавні валки (виконуються у вигляді кілець з твердого сплаву, що одягаються на металеве підстава)
  • Гірничодобувне обладнання: напайка спечених і наплавлення литих твердих сплавів.
  • Виробництво зносостійких підшипників: шарики та ролики, обойми і напилення на сталь.
  • Рудообрабативающее обладнання: оснащення робочих поверхонь.
  • Газотермічне напилення зносостійких покриттів