Файл: В процессе прохождения учебной практики студент должен.docx

4 Твердые сплавы

Твердые сплавы являются основным инструментальным материалом, обеспечивающим высокопроизводительную обработку материалов резанием. Сейчас общее количество твердосплавного инструмента, применяемого в механообрабатывающем производстве, составляет до 30%, причем этим инструментом снимается до 65% стружки, так как скорость резания, применяемая при обработке этим инструментом в 2-5 раз выше, чем у быстрорежущего инструмента.

Твердые сплавы получают методами порошковой металлургии в виде пластин. Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама WC, титана TiC, тантала TaC и ниобия NbC, мельчайшие частицы которых соединены посредством сравнительно мягких и менее тугоплавких связок из кобальта или никеля в смеси с молибденом. Твердые сплавы по составу и областям применения можно разделить на четыре группы.
4.1 Вольфрамокобальтовые сплавы (ВК)
Вольфрамокобальтовые сплавы (группа ВК) состоят из карбида вольфрама(WC) и кобальта. Сплавы этой группы различаются содержанием в них кобальта, размерами зерен карбида вольфрама и технологией изготовления. Для оснащения режущего инструмента применяют сплавы с содержанием кобальта 3-10%.

В таблице 4.1.1 приведены состав и характеристики основных физико-механических свойств твердых сплавов, в соответствии с ГОСТ 3882-74.
Таблица 4.1.1 - Состав и характеристики основных физико-механических свойств сплавов, на основе WC-Co (группа ВК)

Сплав	Состав сплава, %				Характеристики физико-механических свойств
	WC	TaC	Co	Предел прочности при изгибе изг, Мпа, не менее		Плотность 10-3, кг/м3	HRA, не менее
ВК3	97	-	3	1176		15,0-15,3	89,5
ВК3-М	97	-	3	1176		15,0-15,3	91,0
ВК4	96	-	4	1519		14,9-15,2	89,5
ВК6	94	-	6	1519		14,6-15,0	88,5
ВК6-М	94	-	6	1421		14,8-15,1	90,0
ВК6-ОМ	92	2	6	1274		14,7-15,0	90,5
ВК8	92	-	8	1666		14,4-14,8	87,5
ВК10	90	-	10	1764		14,2-14,6	87,0
ВК10-М	90	-	10	1617		14,3-14,6	88,0
ВК10-ОМ	88	2	10	1470		14,3-14,6	88,5

---

При увеличении в сплавах содержания кобальта в диапазоне от 3 до 10% предел прочности, ударная вязкость и пластическая деформация возрастают, в то время как твердость и модуль упругости уменьшаются. С ростом содержания кобальта повышаются теплопроводность сплавов и их коэффициент термического расширения (рисунок 4.1.1).


1 – прочность на изгиб изг; 2 – твердость – HRA;

3 – теплопроводность – λ.

Рисунок 4.1.1 – Влияние кобальта на свойства твердого сплава группы (ВК)
Из всех существующих твердых сплавов, сплавы группы ВК при одинаковом содержании кобальта обладают более высокими ударной вязкостью и пределом прочности при изгибе, а также лучшей тепло- и электропроводностью. Однако стойкость этих сплавов к окислению и коррозии значительно ниже, кроме того, они обладают большой склонностью к схватыванию со стружкой при обработке резанием.
4.2Титановольфрамокобальтовые сплавы (ТК)
Сплавы второй группы ТК состоят из трех основных фаз: твердого раствора карбидов титана и вольфрама (TiC-WC) карбида вольфрама (WC) и кобальтовой связки. Предназначены они главным образом для оснащения инструментов при обработке резанием сталей, дающих сливную стружку. По сравнению со сплавами группы ВК они обладают большей стойкостью к окислению, твердостью и жаропрочностью и в то же время меньшими теплопроводностью и электропроводностью, а также модулем упругости.

Способность сплавов группы ТК сопротивляться изнашиванию под воздействием скользящей стружки объясняется также и тем, что температура схватывания со сталью у сплавов этого типа выше, чем у сплавов на основе WC-Co, что позволяет применять более высокие скорости резания при обработке стали и существенно повышать стойкость инструмента.

В таблице 4.2.1 приведены состав и характеристики основных физико-механических свойств сплавов в соответствии с ГОСТ 3882-74.
Таблица 4.2.1 – Состав и характеристики физико-механических свойств сплавов на основе WC-TiC-Co, группа ТК

Сплав	Состав, %			изг, Мпа	Плотность 10-3, кг/м3	HRA не менее
	WC	TiC	Co
Т30К4	66	30 -	4	980	9,5-9,8	92,0
Т15К6	79	15 -	6	1176	11,1-11,6	90,0
Т14К8	78	14 -	8	1274	11,2-11,6	89,5
Т5К10	85	6 -	9	1421	12,4-13,1	88,5
Т5К12	83	5 -	12	1666	13,1-13,5	87,0

---

Теплопроводность сплавов группы ТК существенно ниже, а коэффициент линейного термического расширения выше, чем у сплавов группы ВК. Соответственно меняются и режущие свойства сплавов: при увеличении содержания кобальта снижается износостойкость сплавов при резании, а при увеличении содержания карбида титана снижается эксплуатационная прочность (рисунок 4.2.1).

1 – прочность на изгиб - изг; 2 – твердость - HRA

Рисунок 4.2.1 – Влияние кобальта на свойства твердого сплава группы ТК
Поэтому такие сплавы, как Т30К4 и Т15К6, применяют для чистовой и получистовой обработки стали с высокой скоростью резания и малыми нагрузками на инструмент. В то же время сплавы Т5К10 и Т5К12 с наибольшим содержанием кобальта предназначены для работы в тяжелых условиях ударных нагрузок с пониженной скоростью резания.
4.3 Титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы(ТТК)
Промышленные танталосодержащие твердые сплавы на основе TiC-WC-TaC-Co состоят из трех основных фаз: твердого раствора карбидов титана, вольфрама и тантала(TiC-TaC-WC), а также карбида вольфрама (WC) и кобальтовой связки.

Введение в сплавы добавок карбида тантала улучшает их физико-механические и эксплуатационные свойства, что выражается в увеличении прочности при изгибе при температуре 20С и 600-800С.

В таблице 4.3.1 приведены состав и характеристики основных физико-механических свойств сплавов в соответствии с ГОСТ 3882-74.

Таблица 4.3.1 – Состав и характеристики физико-механических свойств сплавов на основе TiC-WC-TaC-Co (группа ТТК)

Сплав	Состав, %					изг, Мпа, не менее		10-3, кг/м3		HRA, не менее
	WC	TiC	TaC	Co
TT7К12	81	4	3	12	1666		13,0-13,3		87,0
ТТ8К6	84	8	2	6	1323		12,8-13,3		90,5
ТТ10К8Б	82	3	7	8	1617		13,5-13,8		89,0
ТТ20К9	67	9,4	14,1	9,5	1470		12,0-13,0		91,0

---

Увеличение в сплаве содержания карбида тантала повышает его стойкость при резании, особенно благодаря меньшей склонности к лункообразованию и разрушению под действием термоциклических и усталостных нагрузок.

Поэтому танталосодержащие сплавы рекомендуются главным образом для тяжелых условий резания с большими сечениями среза, когда на режущую кромку инструмента действуют значительные силовые и температурные нагрузки, а также для прерывистого резания, особенно фрезерования.
4.4 Безвольфрамовые твердые сплавы (БВТС)
В связи с дефицитностью вольфрама и кобальта промышленность выпускает безвольфрамовые твердые сплавы на основе карбидов и карбонитридов титана с никельмолибденовой связкой (таблица 4.4.1).

Таблица 4.4.1 – Состав и характеристики физико-механических свойств безвольфрамовых твердых сплавов

Сплав	Состав, %				, г/см3
	Карбид титана	Карбонитрид титана	Никель	Молибден
КНТ16	-	74	19,5	6,5	5,5-6,0
ТН20	79	-	15	6,0	5,5-6,0
КНТ16	12,6-21,0	8,5-90	1200	89
ТН20	8,4-14,7	8,5-90	1050	90

По твердости БВТС находятся на уровне вольфрамосодержащих сплавов (группы ВК), по прочностным характеристикам и особенно по модулю упругости им уступают. Твердость БВТС по Виккерсу при повышенных температурах в диапазоне температур 293-1073К несколько ниже, чем твердость вольфрамосодержащего сплава Т15К6.

Наибольшей износостойкостью обладает сплав ТН20. При точении стали 45 и стали 40Х при t=1мм и S=0,2мм/об стойкость сплава ТН20 выше стойкости сплава Т15К6, во всем диапазоне скорости резания (от 200 до 600 м/мин).

5 Режущая керамика

Промышленность выпускает четыре группы режущей керамики: оксидную (белая керамика) на основе Al₂O₃, оксикарбидную (черная керамика) на основе композиции Al

---

₂O₃-TiC, оксиднонитридную (кортинит) на основе Al₂O₃-TiN и нитридную керамику на основе Si₃N₄.

Основной особенность режущей керамики является отсутствие связующей фазы, что значительно снижает степень ее разупрочнения при нагреве в процессе изнашивания, повышает пластическую прочность, что и предопределяет возможность применения высоких скоростей резания, намного превосходящих скорости резания инструментом из твердого сплава. Если предельный уровень скоростей резания для твердосплавного инструмента при точении сталей с тонкими срезами и малыми критериями затупления составляет 500-600 м/мин, то для инструмента, оснащенного режущей керамикой, этот уровень увеличивается до 900-1000 м/мин.

Недостаток оксидной керамики – ее относительно высокая чувствительность к резким температурным колебаниям (тепловым ударам). Поэтому охлаждение при резании керамикой не применяют.

Режущую керамику выпускают в виде неперетачиваемых сменных пластин. Пластины изготавливают с отрицательными фасками по периметру с двух сторон. размер фаски f=0,2…0,8мм, угол ее наклона отрицательный от 10 до 30. Фаска необходима для упрочнения режущей кромки.

6 Алмазы и другие сверхтвердые материалы

В настоящее время выпускается большое количество разнообразного инструмента с использованием алмазов: шлифовальные круги, инструменты для правки шлифовальных кругов из электрокорунда и карбида кремния, пасты и порошки для доводочных и притирочных операций. Значительные по размерам кристаллы алмазов применяют для изготовления алмазных резцов, фрез, сверл и других режущих инструментов.

Алмаз представляет собой одну из модификаций углерода кристаллического строения. Алмаз – самый твердый из всех известных в природе минералов. Высокая твердость алмаза объясняется своеобразием его кристаллического строения, прочностью связей атомов углерода в кристаллической решетке, расположенных на равных и очень малых расстояниях друг от друга.

Коэффициент теплопроводности алмаза в два и более раза выше, чем у сплава ВК8, поэтому тепло от зоны резания отводится сравнительно быстро.

Синтетические алмазы могут быть различных марок, которые отличаются между собой прочностью, хрупкостью, удельной поверхностью и формой зерен. В порядке возрастания прочности, снижения хрупкости и удельной поверхности марки шлифовальных порошков из синтетических алмазов располагаются так: АС2, АС4, АС6, АС15, АС32.

---