Металлокерамические твердые сплавы

Эти сплавы полу­чают методами порошковой металлургии в виде пластин или коронок. Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама WC, титана TiC, тантала ТаС и нио­бия NbС, мельчайшие частицы которых соединены посред­ством сравнительно мягких и менее тугоплавких кобальта или никеля в смеси с молибденом (табл. 8). Твердые сплавы имеют высокую твердость – 88...92 HRA (72...76 HRC) и теплостойкость до 850...1000 °С, широко применяются для изготовления различного режущего инструмента.

С появлением твердых сплавов произошел резкий скачок в металлообработке. Скорости резания возросли в 5…10 раз по сравнению с обработкой инст­рументами из быстрорежущих сталей.

В настоящее время нашей промышленностью выпускаются однокарбидные, двухкарбидные и трехкарбидные твердые спла­вы –вольфрамовые (ВК), титановольфрамовые (ТК) и танталотитано-вольфрамовые (ТТК). Твердые сплавы подразделяются на марки, отличающиеся одна от другой физико-механическими свойствами и процентным содер­жанием входящих в них элементов. Твердость НRА: ВК – 91…86; ТК – 92…87; ТТК – 87…89. Химический состав твердых сплавов легко расшифровывается по обозначению марок.

Так, в сплаве ВК2 содержится 98 % WС и 2 % Со; в сплаве ВК8 содержится 92 % WС и 8 % Со; в сплаве Т15К6 содержится 79 % WС, 15 % ТiС и 6 % Со; в сплаве ТТ7К12 содержится 81 % WС,

Т аблица 8

Содержание легирующих элементов в быстрорежущих сталях, %

Марка стали	С	W	Cr	V	Мо	Со
Стали нормальной теплостойкости
Р18	0,70…0,8	17,0…18,5	3,8…4,4	1,0…1,4	До 1,0	–
Р12	0,8…0,9	12,0…13,0	3,8…4,4	1,5…1,0	До 1,0	–
Р9	0,85…0,95	8,5…10,0	3,8…4,4	2,0…2,6	До 1,0	–
Р6М5	0,8…0,9	5,5…6,5	3,8…4,4	1,7…2,1	5,0…5,5	–
Р6М3	0,85…0,95	5,5…6,5	3,0…3,5	2,0…2,5	3,0…3,6	–
Р8М3	0,8…0,9	7,6…8,4	3,6…4,0	1,6…1,9	3,0…3,5	–
Р2М5	0,95…1,05	1,7…2,3	3,8…4,3	0,9…1,3	4,8…5,3	–
11М5Ф	1,0	–	3,8	1,2	5,1	–
Стали повышенной теплостойкости
10Р8М3	0,96…1,05	7,5…8,5	3,3…3,9	1,7…2,1	3,0…3,6	–
10Р6М5	1,05	6,0	4,0	2,4	5,0	–
Р12Ф3	0,94…1,04	12,0…13,5	3,5…4,0	2,5…3,3	До 1,0	–
Р2М3Ф8	0,90…1,05	2,0…2,5	4,0…4,8	7,5…8,5	2,5…3,0	–

Окончание табл. 8

Марка стали	С	W	Cr	V	Мо	Со
Р9Ф5	1,4…1,5	9,0…10,5	3,8…4,4	4,3…5,1	До 1,0	–
Р18Ф2К5	0,85…0,95	17,0…18,5	3,8…4,4	1,8…2,4	До 1,0	5,0…6,0
Р6М5К5	0,8…0,9	6,0…7,0	3,8…4,3	1,7…2,2	4,8…5,8	4,8…5,3
Р9К5	0,9…1,0	9,0…10,5	3,8…4,4	2,0…2,6	До 1,0	5,0…6,0
Р9К10	0,9…1,0	9,0…10,5	3,8…4,4	2,0…2,6	До 1,0	9,5…10,5
Р9М4К8Ф	1,0…1,1	8,5…9,6	3,0…3,6	2,1…2,5	3,8…4,3	7,5…8,5
10Р6М5Ф2К8	1,0	5,75	4,1	2,1	6,0	8,0
Р3М3Ф4К5	1,0	3,0	4,0	4,0	3,0	5,0
А11Р3М3Ф2	1,02…1,12	2,5…3,3	3,8…4,4	2,2…2,7	2,5…3,0	–
Стали высокой теплостойкости
В11М7К23	0,1	11	–	0,5	7	23
В14М7К25	0,1	14	–	0,5	7	25
3В20К20Х4Ф	0,25	20	4,0	1,0	–	20

4 %ТiС и 3 % ТаС, 12 % Со; в сплаве ТT20К9 содержится 71 %  WС,8 % ТiС, 12% ТаС, 9 % Со.

Карбиды вольфрама, титана и тантала являются как бы режущими составляющими. В качестве связки выступает Со. Чем меньше Со в спла­ве, тем он более твердый, но более хрупкий, и прочность его ниже.

Теплостойкость их – 800...950 °С; износостойкость выше быстрорежущих ~ в 50 раз.

Вольфрамовые сплавы менее износоустойчивы, чем титано-вольфрамовые, поэтому их лучше применять для обработки хрупких материалов. Сплавы ВК с меньшим содержанием Со используются для чисто­вой обработки, сплавы с большим содержанием Со – для черновых операций. Кроме того, сплавы группы ВК рекомендуется применять при обработке закаленных, жаропрочных, коррозионно-стойких и других труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Применяемые в настоящее время твердые сплавы делятся на:

1) вольфрамовые сплавы группы ВК: ВК3, ВК3-М, ВК4, ВК6, ВК6-М, ВК6-ОМ, ВК8 и др. (табл. 9). Буква М означает, что сплав мелкозернистый (величина зерна до 1 мкм), а В – высокопрочный, крупнозернистый, в которых размер зерен 3…5 мкм. У других марок сплавов этой группы размеры зерен 1…2 мкм. В условном обозначении цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, обозначение ВК8 показывает, что в нем 8 % кобальта и 92 % карбидов вольфрама. Буквами ОМ обозначается особо мелко­зернистая структура;

2) титановольфрамовые сплавы группы ТК: Т15К6, Т5К10, Т30К4, Т14К8, Т5К12, Т60К6 и др. В условном обозначении цифра, стоящая после буквы Т, показывает процентное содержание карбидов титана, после буквы К – кобальта, остальное – карбиды вольфрама;

3) титанотанталовольфрамовые сплавы группы ТТК: ТТ7К12, ТТ10К8, ТТ20К9, ТТ8К6 и др. В условном обозначении цифры, стоящие после букв Т, показывают процентное содержание карбидов титана и тантала, после буквы К – кобальта, остальное – карбиды вольфрама;

Таблица 9

Марки, химический состав и свойства вольфрамосодержащих твердых сплавов

Груп­пы сплавов	Марки сплавов	Состав сплавов, %				Физико-механи­ческие свойства
		Карбид воль­фрама	Карбид титана	Карбид тантала	Кобальт	Предел прочности при изгибе, МПа, не менее	Твердость HRA, не менее
ВК	ВК3	97	–	–	3	1176	89,5
	ВК3-М	97	–	–	3	1176	91,0
	ВК4	96	–	–	4	1519	89,5
	ВК4-В	96	–	–	4	1470	88,0
	ВК6	94	–	–	6	1519	88,5
	ВК6-М	94	–	–	6	1421	90,0
	ВК6-ОМ	92	–	2	6	1274	90,5
	ВК6-В	94	–	–	6	1566	87,5
	ВК8	92	–	–	8	1666	87,5
	ВК8-В	92	–	–	8	1813	86,5
ТК	Т5К10	86	5	–	10	1421	88,5
	Т15К6	79	15	–	6	1176	90,0
	Т14К8	78	14	–	8	1274	89,5
	Т30К4	66	30	–	4	980	92,0
ТТК	ТТ7К12	81	4	3	12	1666	87,0
	ТТ8К6	84	8	2	6	1323	90,5
	ТТ10К8-Б	82	3	7*	8	1617	89,0
	ТТ20К9	71	8	12	9	1470	89,0

* В смеси с карбидами ниобия.

4) безвольфрамовые твердые сплавы. В связи с дефицитом вольфрама поя­вились так называемые безвольфрамовые твердые сплавы. Основой их является ТiС и (ТiМo)С, т.е. карбиды или карбонитриды ТiNiС; а связкой – Co или Мо.

Эти сплавы имеют высокую теплостойкость, низкую теплопро­водность, высокую твердость (НRА 89…90). Они применя­ются для чистовой и получистовой обработки. Стойкость инструмен­тов из этих сплавов в 1,5 раза выше, чем из Т15К6.

На никельмолибденовой связке выпускают следующие марки безвольфрамовых твердых сплавов: ТМ-3, ТН-20, КНТ-16; напри­мер ДНТ-16 состоит из 74 % карбонитридов титана ТiNiC и 16 % Мо.

Состав сплавов ТМ-1, ТМ-3, ТН-20, КНТ-16, ТС20ХН приведен в табл. 10. Обозначения этой группы твердых сплавов условные. Во ВНИИинструмент проведены исследования более 30 сплавов, показавшие, что наиболее перспективными с точки зрения практиче­ского применения являются твердые сплавы ТН-20 и КНТ-16.

Таблица 10

Марки, химический состав и свойства безвольфрамовых твердых сплавов

Марки сплавов	Состав сплавов, %					Физико-механические свойства
	Карбиды титана и ниобия	Карбонитриды титана	Карбиды титана	Никель	Молибден	Предел прочности при изгибе, МПа, не менее	Твердость НRА, не менее
Тм-1	90	–	–	5,0	5,0	764	92
ТМ-3	64	–	–	21,0	15,0	1176	89
ТН-20	–	–	79	15,0	6,0	1050	90
КНТ-10	–	74	–	19,5	6,5	1200	89

На инструментальных заводах Минстанкопрома освоено промышленное производство резцов, оснащенных пластинами из этих сплавов.

Сплав КНТ-16 состоит из 84 % карбонитрида и 16 % молибдено-никелевой связи. Прочность на изгиб _b – 1200 МПа, НRА 89...90.

ТН-20 состоит из 80 % карбида Тi и 20 % молибденоникелевой связки; _b ~ 1100 МПа; НRА – 91.

Разрабатываются новые составы безвольфрамовых твердых сплавов и методы их изготовления. Один из них – метод высокотемпера­турного самораспространяющегося синтеза (ССВС).