- •Геометрические и кинематические параметры процесса резания
- •1.1. Терминология, основные понятия и определения
- •1.2 Конструктивные параметры режущей части инструмента для токарной обработки
- •1.3 Геометрические параметры резца. Углы резания.
- •2. Процесс образования срезаемого слоя (стружки).
- •2.1. Деформация срезаемого слоя в процессе резания
- •2.2 Критерии и методы исследования деформаций срезаемого слоя. Понятие усадки и относительного сдвига.
- •2.3 Влияние условий резания на вид и усадку стружки.
- •2.4 Физические процессы и составляющие усилия резания
- •3. Контактные явления при механической обработке.
- •3.1. Образование нароста
- •3.2. Упрочение обработанных поверхностей при резании (наклеп)
- •3.3. Виды и причины износа. Способы его снижения
- •4. Силовые характеристики процессов механической обработки резанием.
- •4.1. Работа резания и ее составляющие. Физические и технологические составляющие усилия резания.
- •4.2. Методы экспериментального определения технологических составляющих усилий резания.
- •4.3. Влияние условий механической обработки на составляющие усилий резания
- •4.4. Влияние геометрических параметров режущего инструмента на составляющие усилий резания.
- •4.5. Тепловые явления при механической обработке
- •6. Инструментальные материалы и области их применения
- •6.1. Классификация инструментальных материалов. Области применения.
- •Физико-механические свойства инструментальных материалов
- •6.2 Твердые сплавы. Области применения, классификация, свойства твердых сплавов
- •Основные свойства сплавов wc - Co
- •Титановольфрамовые твердые сплавы
- •Основные свойства сплавов wc – TiC – Co
- •Титанотанталовольфрамовые твердые сплавы
- •Свойства твердых сплавов группы ттк
- •Безвольфрамовые твердые сплавы
- •6.3 Режущая керамика. Композиты. Сверхтвердые материалы. Классификация, области применения
- •6.3.1 Составы, свойства режущей керамики
- •6.4 Составы, свойства сверхтвердых режущих материалов. Композиты
- •6.5 Классификация твердых сплавов по применяемости
Свойства твердых сплавов группы ттк
Марка сплава |
Массовая доля, % |
Плотность , г/см3 |
Прочность на изгиб И, МПа |
Твердость HRA |
||||||
WC |
Ti |
TaC |
Co |
|||||||
ТТ7К12 ТТ8К10 ТТ10К8Б ТТ20К9 |
81 84 82 71 |
4 8 3 8 |
3 2 7 12 |
12 6 3 9 |
13,0 – 13,3 12,8 – 13,3 13,5 – 13,8 12,0 – 13,0 |
1650 1250 1450 1300 |
87,0 90,5 89,0 89,0 |
|||
Безвольфрамовые твердые сплавы
В настоящее время разработано много керметов на основе различных тугоплавких соединений. Доминирующую роль продолжают сохранять твердые
сплавы на основе карбида, карбонитрида и нитрида титана. Наиболее перспективными безвольфрамовыми твердыми сплавами БВТС на данном этапе являются керметы на основе карбонитрида титана. При изготовлении БВТС используют различные легирующие добавки и типы связующих. В зависимости от типа инструмента и области его применения используются керметы следующих составов: Ti(C,N)- Ni; Ti(C,N)- NiMo; (Ti,Mo) (C,N)- Ni/Mo; (Ti,Ta) (C,N)- Ni/Fe(Mo); (Ti,W) (C,N)-TaC- WC- Co; Ti(C,N)- (W,Ti)C- Co; TiC- TiN- Ni/Mo(W); TiC- TiN- Mo2C- Ni; TiC- TiN- WC- Mo2C-Ni/Co и т.д.
В сравнении со сплавами на основе карбида вольфрама БВТС отличаются повышенной химической стабильностью и износостойкостью передней поверхности сменных многогранных пластин. Присущие первому поколению керметов относительно низкие значения прочности на изгиб и ударной вязкости удалось к настоящему времени значительно повысить и приблизить к этим показателям для карбида вольфрама (ударная вязкость до 10 МПа·м1/2, прочность на изгиб до 2300 Н/мм2).Все это делает керметы наиболее перспективным материалом для изготовления сменных многогранных пластин, способных работать при скоростях резания до 500 м/мин; в ряде случаев обработка пластинами из БВТС позволяет избежать операции шлифования.
Высокая конкурентоспособность сменных многогранных пластин из керметов обусловлена также относительно низкой себестоимостью их производства, что объясняется отсутствием в их составе (или незначительным содержанием) остродефицитного карбида вольфрама.
Первые промышленные твердые сплавы на основе карбида титана представляли собой твердый раствор ТiС-Мо2С со связующими металлами, содержащими 10-15 % Ni; Ni-Сr; Ni-Мо или Ni-Мо2С (например, сплав “Titanits” разработанный фирмой “Metallverk Plansee AG” (Австрия) имел следующий состав: 42,5 % TiC; 42,5 % Mo2C; 14 % Ni; 1 % Cr). эти твердые сплавы не нашли промышленного применения прежде всего из-за высокой хрупкости и низкой прочности. Однако после исследований Хьюменика, обнаружившего значительное влияние на свойства безвольфрамовых твердых сплавов смачиваемости карбида титана жидкой фазой, эти сплавы вновь привлекли внимание исследователей. Содержание Мо в сплавах значительно сократили и частично или полностью вводили его в металлическую связку в виде Ni-Мо, а в качестве твердой составляющей использовали ТiС. В России наиболее известны две марки безвольфрамовых твердых сплавов: ТН20 и КНТ16. Основные физико-механические свойства БВТС на основе карбида титана представлены в табл. 6.7.
В целом БВТС системы TiC-Ni-Mo обладают твердостью на уровне WC-Co, однако прочность первых значительно ниже. Поэтому сплавы системы TiC-Ni-Mo пока нашли применение только при чистовой обработке сталей и могут успешно эксплуатироваться при обработке резанием вязких материалов.
Таблица 6.7
Основные физико-механические свойства БВТС
Сплав |
Состав сплава, % |
d, г/см |
э мкмО м/см |
106 град-1 |
Е, ГПа |
HRA |
изг МПа |
сж,ГПа |
||||||
TiC |
TiN |
Ni |
VC |
Mo2C |
Mo |
20 С |
700 С |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
ТН20 |
79 |
– |
16 |
– |
– |
5 |
5,4-5,6 |
60-110 |
– |
420-440 |
88-91 |
1000 |
3,5 |
– |
ТН30 |
70 |
– |
24 |
– |
– |
7 |
5,7 |
– |
– |
– |
89 |
1300 |
3,4 |
– |
КНТ16* |
– |
– |
19,5 |
– |
– |
6,5 |
5,7-5,9 |
45-55 |
8,5-9,0 |
430-440 |
88-91 |
1200 |
3,2 |
2,65 |
КТС |
70 |
– |
18 |
– |
– |
12 |
5,8 |
88-94 |
– |
430 |
92-94 |
1350 |
4,6-5,1 |
– |
ТА20 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
5,5-5,6 |
120-150 |
6,0-6,5 |
405-415 |
90,5 |
– |
3,48 |
2,42
|
ТМ3 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
6,1-6,3 |
– |
7,5-8,0 |
400-410 |
89-90 |
– |
3,2 |
3,70 |
Титан60 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
5,72 |
– |
– |
– |
91,9 |
1700 |
– |
– |
Титан80 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
5,63 |
– |
– |
– |
93 |
1450 |
– |
– |
Т15К6** |
5,0 |
– |
25,0 |
– |
– |
– |
11,1-11,6 |
43-46 |
6,0-6,5 |
530-540 |
90-91 |
1200 |
4,2 |
3,00 |
* Содержит 74 % Ti (C, N) ** Cодержит 79 % WC и 6% Co |
||||||||||||||
Инструменты из сплавов на основе карбида титана выдерживают изменение скорости резания в более широком диапазоне по сравнению со сплавами на основе карбида вольфрама или керамикой, а также обеспечивают высокое сопротивление износу по передней поверхности и окалиностойкость, незначительную склонность к адгезионному взаимодействию и низкий коэффициент трения. Они обладают меньшей теплопроводностью, чем сплавы ВК и ТК, и большим коэффициентом линейного термического расширения. Эти обстоятельства должны учитываться при пайке резцов, которую следует проводить с большими предосторожностями, чем для обычных твердых сплавов. Безвольфрамовые сплавы обладают повышенной чувствительностью к условиям теплоотвода при резании.
Области применения БВТС приведены в табл. 6.8.
Таблица 6.8
Состав твердых сплавов
Система |
Классификация по ИСО |
Содержание, % (по массе) |
||
TiC |
Ni |
Mo |
||
TiC-Ni-Mo TiC-Ni-Mo 1) TiC-Ni-Mo TiC-Ni-Mo TiC-Ni-Mo TiC-Ni-Mo TiC-Mo2C-Ni2) |
РО1 РО1 РО1 К10-30/Р15-30 Р20 РО1 РО1-10 |
80 79 77 76 75 65 75 |
10 10 12 14 15 5 15 |
10 10 11 10 10 30 – |
1) Система содержит 1% хрома.
2) Система содержит 10% карбида молибдена
Другой большой группой БВТС являются сплавы на основе системы TiC-TiN-Ni-Mo. Благоприятное воздействие добавок нитрида титана в твердые сплавы объясняется прежде всего уменьшением размера карбидного зерна. C введением в состав твердых сплавов системы TiC-Ni-Mo нитрида титана существенно повышается их жаростойкость. Азот, выделившийся в результате окисления сплавов, диффундирует в поверхностный слой образца и замедляет протекание реакции окисления на границе внутренний окисленный слой - сплав.
К недостаткам сплавов системы TiC-Ni-Mo-TiN относятся сложность получения сплавов с заданным содержанием азота в связи с интенсивным азотированием сплава при спекании, плохая обрабатываемость изделий из этих сплавов алмазным инструментом.
К еще более значительному росту прочностных свойств приводит совместное легирование твердых сплавов TiC-Ni-Mo ванадием, алюминием и нитридом титана.
Кроме сплавов, описанных выше, существуют сплавы системы TiC-Ni-Mo, выпускаемые за пределами России. Рекомендуемые области применения твердых сплавов представлен в табл. 6.9.
Таблица 6.9.
Рекомендуемые области применения твердых сплавов
Марка сплавов |
Назначение |
ВКЗ |
Чистовое точение с малым сечением среза, окончательное нарезание резьбы, развертывание отверстий при обработке серого чугуна и цветных металлов и их сплавов |
ВКЗМ
|
Чистовая обработка (точение, растачивание, нарезание резьбы, развертывание) твердых, легированных и отбеленных чугунов, цементированных и закаленных сталей |
ВК4
|
Черновое точение при неравномерном сечении среза, черновое и чистовое фрезерование, рассверливание и растачивание нормальных и глубоких отверстий, черновое зенкерование при обработке чугуна, цветных металлов и сплавов, титана и его сплавов |
Продолжение табл. 6.9.
|
|
ВК60М
|
Чистовая и получистовая обработка твердых, легированных и отбеленных чугунов, закаленных сталей и некоторых марок нержавеющих, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов на основе вольфрама и молибдена |
ВК6М
|
Получистовая обработка жаропрочных сталей и сплавов, нержавеющих сталей аустенитного класса, специальных твердых чугунов, закаленного чугуна, твердой бронзы, сплавов легких металлов. Обработка углеродистых и легированных сталей при тонких сечениях среза на малых скоростях резания |
ВК6
|
Черновое и получистовое точение, предварительное нарезание резьбы, получистовое фрезерование сплошных поверхностей, рассверливание и растачивание отверстий, зенкерование серого чугуна, цветных металлов и их сплавов |
ВК8
|
Черновое точение при неравномерном сечении среза, по литейной корки и прерывистом резании, строгании, черновое фрезерование, рассверливание, черновое рассверливание, черновое зенкерование серого чугуна, цветных металлов и их сплавов. Обработка нержавеющих высокопрочных и жаропрочных труднообрабатываемых сталей и сплавов, в том числе сплавов титана |
ВК10М ВК10КС |
Сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование и зубофрезерование стали, чугуна цельнотвердосплавным, мелкоразмерным инструментом, черновое точение чугунных отливок по корке. |
Т30К4 |
Тонкое точение с малым сечением среза, нарезание резьбы и развертывание отверстий незакаленных и закаленных углеродистых сталей |
Т15К6
|
Черновое и получистовое точение при непрерывном резании, чистовое точение при прерывистом резании, нарезание резьбы, получистовое и чистовое фрезерование сплошных поверхностей, рассверливание и растачивание предварительно обработанных отверстий, чистовое зенкерование, развертывание отверстий в сталях |
Т14К8
|
Черновое точение при неравномерном сечении среза и непрерывном резании, получистовое и чистовое точение при прерывистом резании, черновое фрезерование сплошных поверхностей, рассверливание отверстий и черновое зенкерование сталей
|
Окончание табл. 6.9.
|
|
Т15К10 |
Черновое точение при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, фасонное точение, отрезание токарными резцами, чистовое строгание, черновое фрезерование прерывистых поверхностей при обработке углеродистых и легированных сталей |
Т5К12В |
Тяжелое черновое точение стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами, при неравномерном сечении среза и наличии ударов. Все виды строгания углеродистых и легированных сталей. Сверление отверстий в стали. Обработка стальных заготовок на многорезцовых станках при низких скоростях резания |
ТТ7К12
|
Тяжелое черновое точение стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при неравномерном сечении среза и наличии ударов. Все виды строгания углеродистых и легированных сталей. Обработка стальных деталей на многорезцовых станках при низких скоростях резания |
ТТ10К8Б |
Черновая и получистовая обработка некоторых марок труднообрабатываемых материалов, нержавеющих сталей аустенитного класса, маломагнитных сталей и других высокопрочных сталей и сплавов |
ТТ20КУ |
Фрезерование сталей, жаропрочных высоколегированных и нержавеющих сталей при черновой обработки при повышенных требованиях к сопротивлению твердого сплава теплового сплава тепловым и механическим циклическим нагружениям |
ТТ8К6 |
Чистовое и получистовое точение, растачивание, фрезерование и сверление серого, ковкого отбеленного чугуна высокопрочных нержавеющих сталей при получистовом резании |