4. Инструментальные материалы

Для изготовления режущего инструмента, обладающего повышенными эксплуатационными свойствами и красностойкостью не менее 800…900 С, широко применяются пластины из вольфрамсодержащих и безвольфрамовых спеченных твердых сплавов.

Вольфрамсодержащие твердые сплавы подразделяются на три группы:

– вольфрамо-кобальтовые (ВК) – на основе карбидов вольфрама;

– титано-вольфрамовые (ТК) – на основе карбидов вольфрама и титана;

– титано-тантало-вольфрамовые (ТТК) – на основе карбидов вольфрама, титана и тантала.

Во всех трех группах сплавов в качестве связующего используется кобальт.

Сплавы первой группы обозначаются буквами ВК, за которыми следует численное содержание кобальта в процентах. Например, ВК6 – вольфрамо-кобальтовый твердый сплав, содержащий 6 % кобальта. Остальное (94 %) – карбиды вольфрама.

Сплавы второй группы маркируются буквами Т и К. За первой буквой следует содержание карбидов титана, а за второй – кобальта. Например, Т5К10 – титано-вольфрамовый твердый сплав, имеющий 5 % карбидов титана и 10 % кобальта. Остальное (85 %) карбиды вольфрама.

Сплавы третьей группы обозначаются следующим образом: в начале обозначения проставляются буквы ТТ и совместное содержание карбидов титана и тантала. Далее следует буква К и процентное содержание кобальта. Например, ТТ8К6 – твердый сплав, состоящий из 8 % карбидов титана и тантала, 6 % кобальта и 86 % (остальное) карбидов вольфрама.

Прочность и твердость сплавов зависят от содержания в них кобальта: чем больше его количество, тем выше прочность при изгибе, но меньше твердость.

Сплавы вольфрамовой группы при одинаковом химическом составе отличаются размерами карбидных составляющих, что предопределяет различие их физико-механических свойств и областей применения:

– особомелкозернистые имеют не менее 70 % зерен карбидов с размерами менее 1 мкм. Они обозначаются буквами ОМ в конце марки сплава (ВК6ОМ, ВК10ОМ);

– мелкозернистые – зерна с размерами менее 1 мкм составляют 50 % карбидной фазы. Для обозначения таких сплавов в конце ставится буква М (ВК6М);

– среднезернистые – сплавы с зернами карбидов размерами 1...2 мкм. В обозначении таких сплавов в конце буква не ставится (ВК6);

– крупнозернистые – с карбидными зернами 2…5 мкм. В таких сплавах при обозначении в конце ставится буква В (ВК8В).

Крупнозернистые сплавы имеют невысокие износостойкость и теплостойкость, высокую прочность, хорошо сопротивляются ударным и циклическим нагрузкам. В этой связи их целесообразно использовать при черновом точении труднообрабатываемых материалов при наличии на поверхностях изделий трещин, раковин, неравномерных припусков.

Сплавы с мелкозернистой, особомелкозернистой структурами и повышенным содержанием кобальта (ВК10М, ВК10ОМ) применяются для изготовления мелкозернистого инструмента (сверл, метчиков). Они более износостойкие, чем ВК3М, ВК6М, но имеют меньшую эксплуатационную прочность. Такие твердые сплавы используются при получистовой и чистовой обработке на повышенных режимах резания.

Безвольфрамовые твердые сплавы подразделяются на две группы:

– первая – состоит из карбидов и карбонитридов титана с никельмолибденовой связкой. Они обозначаются буквами ТНМ или КТНМ, за которыми проставляется цифра, указывающая на содержание связки (ТНМ-20, ТНМ-25, КТНМ-30 и др.);

– вторая – карбидохромистые сплавы с никелевой связкой. Маркируются они буквами КХН с последующей цифрой, соответствующей содержанию никеля в процентах (КХН-20, КХН-30, КХН-35, КХН-40).Эти сплавы не окисляются на воздухе при нагреве до 1100С, хорошо сопротивляются истиранию, коррозионностойкие, обладают низкой склонностью к схватыванию.

Безвольфрамовые твердые сплавы используются в машиностроении для изготовления режущего инструмента, измерительных калибров, вытяжных матриц, прессформ. Они имеют высокую окалиностойкость (в 10…15 раз выше, чем у сплавов Т5К10, Т15К6), небольшой коэффициент трения, обеспечивают низкую шероховатость обработанной поверхности. В тоже время, у безвольфрамовых твердых сплавов пониженная прочность, склонность к разупрочнению и трещинообразованию при высоких температурах. Поэтому их целесообразно использовать при чистовой и получистовой обработке низколегированных, высокохромистых и хромоникелевых сталей с НRС ≤ 31 и цветных металлов вместо сплавов Т30К4 и Т15К6.

Керамические режущие материалы – это материалы на основе химических соединений (оксидов или нитридов), получаемые порошковой металлургией.

По составу основы керамические материалы подразделяются на оксидные (на основе Al₂O₃) и нитридные (на основе Si₃N₄).

Керамика на основе Al₂O₃ подразделяется на группы:

– оксидная чистая (белая), легированная оксидами MgO, ZnO₂ и др;

– оксидно-карбидная (черная), легированная карбидами тугоплавких металлов и оксидами;

– оксидно-нитридная, легированная нитридом титана и др.

Основные марки и области применения керамики отечественного производства приведены в табл. 5.

Таблица 5