60. Твердые сплавы. Режущие сверхтвердые материалы. Режущая минералокерамика.

Твердые сплавы изготовляют методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, выполняющего роль связки, прессуют, придавая необходимую форму (пластинки, вставки и др.), и спекают при 1400-1550⁰С. При спекании кобальт растворяет часть карбидов и плавится. В результате получается плотный материал, структура которого на 80-95% состоит из карбидных частиц. Твердосплавный инструмент сочетает высокую твердость (74-76HRC) и износостойкость с высокой теплостойкостью (800-1000⁰С). Недостатком является высокая хрупкость спеченных сплавов. Пластины в режущем инструменте крепят либо с помощью медного припоя, либо механическим способом. Вставки в штамповый инструмент чаще всего запрессовывают с натягом.

Твердые сплавы различают по составу карбидной составляющей. Наиболее широко используются вольфрамовые и титановольфрамовые твердые сплавы.

В состав первых входит карбид вольфрама WC и кобальт, например, ВК4 (96% WC и 4%Co), ВК15 (85%WC и 15%Со). Сплавы ВК3-ВК8

применяют для режущих инструментов при обработке материалов, дающих прерывистую стружку (чугуна, цветных металлов, керамики), ВК10 и ВК15 – для волочильных инструментов, ВК20 и ВК25 – для вставок штампового инструмента.

Вторую группу образуют сплавы системы TiC-WC-Co. Они маркируются буквами Т,К и цифрами, показывающими содержание (в %) карбидов титана и кобальта: Т30К4 (66%WC, 30%TiC, 4%Co), T15K6 (79% WC, 15%TiC, 6%Co). Сплавы этой группы характеризуются более высокой, чем у сплавов на основе WC, теплостойкостью (900-1000⁰С), которая повышается по мере увеличения количества карбида титана. Их наиболее широко применяют для высокоскоростного резания сталей.

Сверхтвердые материалы широко применяют для оснащения (вставками) лезвийных инструментов для чистовой размерной обработки при высоких скоростях резания (100-200 м/мин и более). Для этих целей используют природные и синтетические алмазы и нитрид бора.

Твердость алмаза в 6 раз превосходит твердость карбида вольфрама и в 8 раз – твердость быстрорежущей стали. К недостаткам алмаза относится его сравнительно невысокая теплостойкость (до 800⁰С), так

как при более высоком нагреве он начинает превращаться в графит, и высокая адгезия к железу, что является причиной его низкой износостойкостью при точении сталей и чугунов. Алмазным инструментом обрабатывают цветные металлы и сплавы, а также керамику, обеспечивая низкую шероховатость поверхности.

Большей универсальностью обладают инструменты из нитрида бора (эльбор, боразон). По твердости нитрид бора не уступает алмазу, но превосходит его по теплостойкости (1200⁰С) и химической инертности. Отсутствие у нитрида бора химического сродства к железу позволяет эффективно использовать его для обработки различных труднообрабатываекмых сталей с твердостью HRC60.

Минералокерамика – синтетические материалы на основе Al₂O₃. Наиболее часто из существующих минералокерамических материалов применяется микролит. Твердость его HRC70, износостойкость и теплостойкость выше, чем у твердых сплавов (до 1200⁰С). Изготовление: прессование, спекание (1750-1900⁰С), металлизация, припайка. Недостатки – низкая прочность, высокая хрупкость. Применяется для чистовой размерной обработки.

Керметы – минералокерамика с добавками W, Mo, B, Ti, Ni и др.