Химический состав безвольфрамовых быстрорежущих сталей

Марка стали	Содержание химических элементов, %
	C	Cr	Mo	V	Si	Mn
10М6Ф2	0,98	4,3	6,3	2,4	0,5	0,41
9М3Ф3С	0,96	5,0	3,0	3,4	0,5	0,35
8М3Ф2С	0,85	5,5	3,2	2,2	1,2	0,34
8М3Ф3С	0,85	4,5	3,0	2,8	0,8	0,36

Проводятся работы по созданию быстрорежущих сталей дисперсионного твердения:

Р18М7К25 содержит: W 18%, Mo 7%, Co 25%;

Р18М3К25 содержит: W 18%, Mo 3 %, Co 25 %;

Р10М5К25 содержит: W 10 %, Mo 5 %, Co 25 %.

Их достоинства: T=700…720°C, HRC 68…69, повышенная прочность; Недостатки: высокая стоимость. Область применения: резание труднообрабатываемых сплавов.

Твердые сплавы (гост 3882-74)

Состоят из карбидов вольфрама, титана, тантала, ниобия и обладают следующими свойствами.

Достоинства:

1. Высокая красностойкость 950…1250° C;

2. Повышенная прочность на сжатие;

3. Высокая твердость HRA 87…91 ( что соответствует HRC 71…75) из-за большого содержания твердых карбидов WC, TiC, TaC.

Недостатки:

1. Низкий предел прочности на изгиб [100…165 КгС/мм² или 1000…1650 МПа или 1,0…1,65 ГПа], то есть приблизительно в 2,5 раза меньше прочности на изгиб быстрорежущей стали;

2. Низкая ударная вязкость.

Применение твердых сплавов позволило повысить скорость резания (по сравнению с углеродистыми и быстрорежущими сталями) в 3-10 раз.

Производство твердых сплавов относится к области порошковой металлургии. Впервые твердые сплавы были получены в лаборатории Московского электрозавода («победит») в 1930 г.

Карбиды получают путем смешивания чистого металла с сажей (в порошке) и прокаливания в электрических печах до температуры 1300…1500° C для вольфрама и температуры 1700…2000° C для титана. Полученные карбиды размалывают в шаровых мельницах до получения зерен 3…5 мкм; смешивают с металлическим Со и пластификатором (синтетический каучук). Требуемую форму получают прессованием. При последующем спекании при температуре, близкой к температуре плавления Со, кобальт обволакивает зерна карбидов и прочно соединяет их. Последующей термообработки не требуется.

При изготовлении твердосплавного инструмента применяют три основные группы:

1. Однокарбидные (вольфрамокобальтовые): ВК2, ВК3, ВК4, ВК6, ВК6М, ВК6ОМ, ВК8, ВК8В (спекается в атмосфере водорода), ВК15, ВК20 и др.: ВК6К, ВК6КС. Буквы М и ОМ – мелкозернистая структура, размер зерна до 0,5 мкм; буква Б – крупнозернистая структура.

Состав группы ВК: карбид вольфрама и твердый раствор этого карбида в кобальте. Применяют для обработки малопластичных материалов (чугун, бронза и пр.), так как обладают способностью к меньшему выкрашиванию режущей кромки и ее износу. Из-за стружки надлома износ в основном идет по задней поверхности.

Мелкозернистые – для тонкого точения нержавеющих, жаропрочных сталей, вольфрама и молибдена, титана, никеля.

Крупнозернистые – при работе с ударной нагрузкой.

С повышением процентного содержания Со, увеличивается вязкость, но уменьшается твердость и износостойкость. Например, сплавы ВК2, ВК3 (высокая износостойкость и твердость, но малая вязкость) применяют для чистовой отделочной обработки при непрерывном резании с равномерным сечением среза. ВК8 применяют при черновой обработке неравномерного сечения среза и прерывистом резании, так как этот твердый сплав обладает большей вязкостью.

ВК8В – крупнозернистый твердый сплав, обладающий увеличенной прочностью, применяется при резании с ударом, черновой обработке жаропрочных и нержавеющих сталей с большими сечениями среза.

ВК6М, ВК10М, ВК15М – изготовление цельнотвердосплавных инструментов методом пластифицированных заготовок. Сущность метода: в смесь добавляют повышенное содержание пластификатора (парафин 7…9 %) и после прессования заготовку механически обрабатывают до получения почти готовой формы и только после этого спекают.

2. Двухкарбидные (титановольфрамокобальтовые), так как состоят из карбидов вольфрама, карбидов титана и твердых растворов этих карбидов в кобальте.

Применяют эту группу твердых сплавов при обработке пластичных материалов, имеющих сливную стружку. Износ инструмента идет по передней поверхности. Марки: Т5К10, Т5К12, Т14К8, Т30К4, Т60К6. С увеличением содержания кобальта увеличивается вязкость и прочность, но уменьшается красностойкость. С увеличением содержания карбида титана увеличивается красностойкость и износостойкость, но уменьшается вязкость и прочность.

Например, Т5К10 наиболее целесообразно применять для чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании; Т30К4– чистовое точение при непрерывном резании с малыми сечениями среза; Т15К6 сочетает достаточно высокую красностойкость и износостойкость с удовлетворительной прочностью.

3. Трехкарбидные твердые сплавы (группа ТТК) – состоят из карбидов вольфрама, карбидов титана, карбидов тантала и твердых растворов этих карбидов в кобальте.

Применяют при обработке специальных сплавов, требующих повышенной износостойкости режущего инструмента. Марки: ТТ7К12 (3 % TaC + 4 % TiC, 12 % Co), ТТ8К6, ТТ10К8Б (3 % TiC + 7 % (TaC + NbC), 8 % Co), ТТ20К9. Введение карбида тантала способствует увеличению прочности на изгиб и износоустойчивости, уменьшению склонности к пережогам и трещинообразованию при заточке, но снижает красностойкость. Введение ниобия повышает прочность, возможна работа с ударом.

ТТ7К12 - рекомендуют применять для тяжелых условий при работе по корке и работе с ударами, а также для обработки специальных легированных сталей.

ТТ8К6 – чистовая и получистовая обработка чугуна, обработка стального литья, высокопрочной нержавеющей стали, сплавов цветных металлов, а также титановых сплавов.

По международной классификации (ISO) все марки твердых сплавов разбиты на три группы (по обрабатываемости) (см. табл. 2):

• сплавы группы К – для обработки чугуна и цветных металлов, при резании со стружкой надлома;

• сплавы группы М – для труднообрабатываемых материалов;

• сплавы группы Р – для обработки сталей при резании со сливной стружкой.

Таблица 2