4. Твердые сплавы

Металлокерамические твердые сплавы состоят из тончайших зерен карбидов тугоплавких металлов — вольфрама, титана и тантала, соединенных цементирую­щим металлом — кобальтом. Карбиды являются основной составной частью твердых сплавов, их содержание равно 66—97%. Благодаря наличию карбидов сплавы обретают высокую твердость и износостойкость. Связу­ющий металл придает твердому сплаву определенную прочность и вязкость.

Имея достаточно высокий предел пластической проч­ности и незначительный предел хрупкости, а также вы­сокие значения теплостойкости, стойкости против адгезионного и абразивного износа, твердые сплавы позво­ляют вести обработку сталей, чугунов, жаропрочных сплавов и других материалов со скоростями, в несколь­ко раз превышающими скорости обработки инструмен­тами из быстрорежущих сталей, и тем самым обеспечи­вают значительное повышение производительности об­работки.

Существуют четыре основные группы твердых сплавов, отличающиеся составом их карбидной основы: вольфра­мовая, титановольфрамовая, титанотанталовольфрамовая и безвольфрамовая.

4.1 Вольфрамовые твердые сплавы (однокарбидные). В эту группу входят сплавы марок ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК8, ВК8ОМ (В-воль­фрам,К-кобальт,М-мелкозернистый,ОМ-особомелкозернистый, цифра после К указывает на процент­ное содержание кобальта, остальные - процентное содержание вольфрама). Теплостойкость 900 – 920°С, твердость HRV 91 – 93. Вольфрамовые твердые сплавы предназначены для обработки чугуна, цветных металлов, а также трудно­обрабатываемых материалов при невысоких скоростях резания (до 100 м/мин).

4.2 Титановольфрамовые твердые сплавы (двухкарбидные) в основном предназначены для обработки сталей - конструкцион­ных и легированных нормальной обрабатываемости и труднообрабатываемых материалов.

Т5К10, ТЗОК4, Т15К6, Т14К8. (цифра после буквы Т указывает на % содержание карбида титана в сплаве, а после буквы К - % содержание кобальта, остальное в сплаве - это карбид воль­фрама).

Теплостойкость 930 – 950°С, твердость HRV 90 – 94. Сплавы с большим содержанием титана целесообразно применять для чи­стовой и получистовой обработки сталей с повышенной скоростью резания, а сплавы с меньшим содержанием титана — при получистовой и черновой обработке, а так­же при фрезеровании.

4.3 Титанотанталовольфрамовые сплавы (трехкарбидные) по своим эксплу­атационным свойствам являются промежуточными ме­жду вольфрамовыми и титановольфрамовыми сплавами. Они имеют более высокую прочность и вязкость, чем титановольфрамовые сплавы, но несколько уступают им по твердости и теплостойкости. Благодаря высоким износостойкости, эксплуатационной прочности, сопротивле­нию ударным нагрузкам, вибрациям и выкрашиванию данные сплавы весьма эффективны при черновой обра­ботке сталей и чугунов с большими сечениями среза, при прерывистом резании (фрезеровании, строгании). Теплостойкость 930 – 950°С, твердость HRV 89 – 91

Стандартом предусмотрены четыре марки сплавов ТТ7К4, ТТ7К12, ТТ8К10 (цифры после ТТ - % содержание титана и тантала, вместе взятых, после К - кобальта).

4.4 Безвольфрамовые твердые сплавы. Основу сплавов этой группы составляет карбид титана (50—79%), а остальное —никель (15—37%) и молибден (5—13%).

Теплостойкость 820 – 850°С, твердость HRV 85 – 87 Из других свойств необходимо отметить более низкую теплопроводность, более высо­кий коэффициент линейного расширения и на 20—25% меньший коэффициент трения со сталью. Следовательно, безвольфрамовые сплавы обладают высокой износо­стойкостью, но чувствительны к ударным нагрузкам. Они плохо поддаются пайке и заточке вследствие неудовлетворительных термических свойств, поэтому применяются в виде неперетачиваемых пла­стин, сверл, фрез, зубо- и резьбообрабатывающего инструмента.

В настоящее время безвольфрамовые сплавы исполь­зуются для чистового и получистового точения и фрезерования чугуна, углеродистых сталей и цветных сплавов.

Широко применяются сплавы: ТН20, ТН16, КНТ20 (Т-карбид титана, Н-никель, КН-карбонитрид титана, цифра означает суммарное % содержание никеля и молибдена, остальное — карбид титана или карбонитрид титана).

5. Минералокерамика - инструментальный материал, обладающий высокими твердостью теп­лостойкостью, температурой схватывания с металлом и износостойкостью, но также с высокой хрупкостью, низкой вязкостью и плохой сопротивляемо­стью циклическим изменениям тепловой нагрузки.

В связи с таким сочетанием положительных и отри­цательных эксплуатационных качеств минералокерамика в основном используется для получистовой и чистовой обточки и расточки деталей из высокопрочных и отбеленных чугунов, закаленных сталей, а также из не­металлических материалов, а также для чистового фрезеро­вания. Все виды минералокерамики изготавливаются в виде ПСМ для изготовления различных инструментов прежде всего резцов.

Выпускают оксидную (белую), оксидно-карбидную (черную) и нитридную керамику.

Оксидная керамика почти полностью состоит из окиси алюминия, ее получают путем прессования тонко измельченных частиц Аl₂О₃ с последующим горячим спеканием. Применяются марки минералокерамики: ЦМ332 и др. Теплостойкость 1200°С, твердость HRV 96-98. Оксидную керамику рекомендуется использовать для чистового и получистового точения нетермообработанных сталей, а также серых и ковких чугунов с твердо­стью НВ 200

Оксидно-карбидная керамика имеет в своем составе кроме А1₂0з легирующие добавки карбидов хрома, ти­тана, вольфрама и молибдена. Благодаря этому ее прочность на изгиб значительно выше, чем у оксидной керамики, и достигает 65—70 кгс/мм², при некотором снижении теплостойкости и износостойкости. Теплостойкость 950-1100°С, твердость HRV 96-98. Выпуска­ются следующие марки оксидно-карбидной керамики: ВЗ, ВОК60 и ВОК 63; эти виды керамики рекомендуется, применять для чистового и получистового точения и фрезерования закаленных сталей (НRС 45 и более), се­рых чугунов (НВ 240), отбеленных чугунов (НВ 400— 700), а также нержавеющих сталей.

Нитридная керамика состоит из Si₂O₃, SiN₃H₄ и тугоплавких материалов, с включением окиси алюминия и других компонентов. К этой группе отно­сятся силинит и кортинит.

Силинит обладает такой же прочностью на изгиб, как и оксидно-карбидная минералокерамика (σ_и = 49— 68 кгс/мм²), но большей твердостью (НRА 94—96) и стабильностью свойств при высокой температуре. Он не взаимодействует в процессе резания с большинством сталей и сплавов на основе алюминия и меди, т. е. не подвергается адгезионному износу. Из этого материала изготавливают как напайные, так и неперетачиваемые механически закрепляемые пластины.

Инструментом, оснащенным пластинами из кортинита, рекомендуется обрабатывать закаленные стали НRС 30—55, ковкие чугуны, модифицированные и отбеленные чугуны, а также термоулучшенные стали. Режи­мы обработки такие же, как и для оксидно-карбидной керамики.