714

стали Р6М5 составляет около 75 % общего выпуска быстрорежущих сталей.

Иногда применяются быстрорежущие стали, дополнительно легированные азотом (Р6АМ5, Р18А и др.), которые являются модификациями обычных быстрорежущих сталей. Легирование азотом повышает режущие свойства инструмента на 20...30 %, твердость – на 1…2 единицы НRС.

Быстрорежущие стали повышенной теплостойкости можно разделить на вольфрамокобальтовые, вольфрамованадиевые, вольфрамокобальтованадиевые и вольфрамокобальтомолибденовые.

Вольфрамокобальтовые (Р9К5, Р9К10) имеют более высокую теплостойкость (630...640 °С) и твердость после термообработки 64…67 НRС, их режущие свойства выше режущих свойств стали Р18. Однако они имеют ряд недостатков и дороже Р18. Их рекомендуется применять при обработке жаропрочных и коррозионных сталей при достаточной жесткости системы станок–приспособление– инструмент–деталь.

Вольфрамованадиевые стали (Р12Ф3, Р9Ф5, Р18Ф2 и др.) более износостойкие и прочные, чем вольфрамовые и вольфрамомолибденовые. Теплостойкость их – порядка 620…630 °С.

Вольфрамокобальтованадиевые стали (Р10Ф5К5, Р18Ф2К5 и др.) по своим режущим свойствам не уступают вольфрамокобальтовым сталям и имеют большую прочность и износостойкость. Стали эти характеризуются повышенным содержанием углерода – 10Р8М3, 10Р6М5; ванадия – Р12Ф3, Р2М3Ф8, Р9Ф5; кобальта – Р18Ф2К5,

Р6М5К5, Р9К5, Р9К10, Р9М4К8Ф, 10Р6М5Ф2К8 и др.

Твердость сталей в закаленном состоянии достигает 66...70 НRС, они имеют более высокую теплостойкость (до 620...670 °С). Это дает возможность использовать их для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности и закаленных. Период стойкости инструментов из таких сталей в 3…5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5.

Вольфрамокобальтомолибденовые стали (Р6М5К5, Р9М4К8 и др.) созданы для замены высоковольфрамовых быстрорежущих

191

сталей. По твердости они не уступают вольфрамокобальтовым сталям, теплостойкость немного ниже, а прочность выше, поэтому они более универсальны, чем вольфрамомолибденовые. Эти стали применяются для изготовления режущего инструмента, для обработки жаропрочных и коррозионно-стойких сталей.

Для повышения режущих свойств быстрорежущих сталей в настоящее время используют дополнительные виды обработки, например, применение химико-термической обработки, обработка инструмента в магнитном поле, поверхностного пластического упрочнения, а также нанесение покрытий из карбида титана ТiС. Эти дополнительные виды обработки позволяют в несколько раз повысить стойкость инструмента.

Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов – Bl1M7К23, В14М7К25, 3В20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69...70 HRC и теплостойкость 700....720 °С. Наиболее рациональная область их использования – резание труднообрабатываемых материалов и титановых сплавов. В последнем случае период стойкости инструментов в 30…80 раз выше, чем инструментов из стали Р18, и в 8…15 раз выше, чем инструментов из твердого сплава ВК8. При резании конструкционных сталей и чугунов период стойкости возрастает менее значительно (в 3…8 раз).

В связи с острым дефицитом вольфрама в России и за рубежом разрабатываются безвольфрамовые инструментальные материалы, в том числе быстрорежущие стали. К таким сталям относятся маловольфрамовые Р2М5, Р3М3Ф4К5, Р2М3Ф8, А11РЗМ3Ф2 и безвольфрамовая 11М5Ф. Эксплуатационные свойства указанных сталей близки к свойствам традиционных быстрорежущих сталей соответствующих групп.

Перспективным направлением в повышении качества быстрорежущих сталей является получение их методами порошковой металлургии. Стали Р6М5К5-П (П – порошковая), Р9М4К8-П, Р12М3Ф3К10-П и другие имеют очень однородную мелкозернистую структуру, хорошо шлифуются, меньше деформируются при термо-

192

обработке, отличаются стабильностью эксплуатационных свойств. Период стойкости режущих инструментов из таких сталей возрастает до 1,5 раза. Наряду с порошковыми быстрорежущими сталями хорошо зарекомендовали себя так называемые карбидостали, содержащие до 20 % TiC, которые по служебным характеристикам занимают промежуточное место между быстрорежущими сталями и твердыми сплавами.

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 танталотитановольфрамовые (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,

193

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 титановольфрамовые, 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, коррозионностойких 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;

196

Таблица 9

Марки, химический состав и свойства вольфрамосодержащих твердых сплавов

* 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.

197

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

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

198

Сплав КНТ-16 состоит из 84 % карбонитрида и 16 % молибденоникелевой связи. Прочность на изгиб σb – 1200 МПа, НRА 89...90.

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

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

Рекомендации по применению твердых сплавов

Сплавы группы ТК более износостойки и имеют повышенную теплостойкость по сравнению с ВК. Сплавы группы ТТК предпочтительно применять для обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов. Тантал придает сплаву большую вязкость и прочность. Твердые сплавы с особомелким (субмикронным) зерном имеют повышенную прочность и стойкость. Выпускаются сплавы на основе карбида вольфрама: ВК6-ХОМ, ВК10-ХОМ, ВК15-ХОМ. Они рекомендуются для обработки труднообрабатываемых материалов.

Нанесение тонкого износостойкого покрытия (толщиной 5…10 мкм) на твердые сплавы является весьма перспективным способом упрочнения поверхностного слоя и повышения режущих свойств инструмента. Для этого применяют карбиды и нитриды титана (ТiС и ТiN) или их сочетание – карбонитриды.

Твердые сплавы выпускаются в виде стандартизованных пластин, которые припаиваются, приклеиваются или крепятся механически к державкам из конструкционной стали. Выпускаются также инструменты, рабочая часть которых целиком выполнена из твердого сплава (монолитные).

Правильным выбором марки твердого сплава обеспечивается эффективная эксплуатация режущих инструментов. Для конкретного случая обработки сплав выбирают исходя из оптимального сочетания его теплостойкости и прочности. Например, сплавы группы ТК имеют более высокую теплостойкость, чем сплавы ВК. Инструменты, изготовленные из этих сплавов, могут использоваться при высоких

199

скоростях резания, поэтому их широко применяют при обработке сталей.

Инструменты из твердых сплавов группы ВК применяют при обработке деталей из конструкционных сталей в условиях низкой жесткости системы станок–приспособление–инструмент–деталь, при прерывистом резании, при работе с ударами, а также при обработке хрупких материалов типа чугуна, что обусловлено повышенной прочностью этой группы твердых сплавов и невысокими температурами в зоне резания.

Такие сплавы используются также при обработке деталей из высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей, титановых сплавов. Это объясняется тем, что наличие в большинстве этих материалов титана вызывает повышенную адгезию со сплавами группы ТК, также содержащими титан. Кроме того, сплавы группы ТК имеют значительно худшую теплопроводность и более низкую прочность, по сравнению со сплавами ВК.

Введение в твердый сплав карбидов тантала или карбидов тантала и ниобия (ТТ10К8-Б) повышает его прочность. Поэтому трех- и четырехкарбидные твердые сплавы применяются для оснащения инструментов, работающих с ударами и по загрязненной корке. Однако температура теплостойкости этих сплавов ниже, чем у двухкарбидных. Из твердых сплавов с существенно улучшенной структурой следует отметить особомелкозернистые, применяемые для обработки материалов с большой истирающей способностью. Сплавы ОМ обладают плотной, особомелкозернистой структурой, а также имеют малый (до 0,5 мкм) размер зерен карбидов вольфрама. Последнее обстоятельство позволяет затачивать и доводить инструмент, изготовленный из них, с наименьшими радиусами режущих кромок. Инструменты из сплавов этой группы применяются для чистовой и получистовой обработки деталей из высокопрочных вязких сталей с повышенной склонностью к наклепу.

Незначительное добавление в состав сплавов группы ОМ карбида тантала и кобальта способствует повышению их теплостойкости, что позволяет использовать эти сплавы при изготовлении инст-

200