3549

Это связано с тем, что стали с интерметаллидным упрочнением характеризуются очень высокой стоимостью, низкой обрабатываемостью резанием в отожженном состоянии, а их прочностные характеристики соизмеримы с кобальтовыми сталями.

Таблица 5 Рекомендуемые области применения основных марок

быстрорежущих сталей [2]

20

Продолжение табл. 5

____________________________________

Примечание. Выделены наиболее предпочтительные марки сталей.

Правильныйвыбормаркисталидляконкретного инструмента,в зависимости от условий его работы и обрабатываемого материала, дает возможность максимально использовать ресурсы свойств выбранной сталии,какследствие,рациональнорасходоватьлегирующиематериалы.

Втабл. 5 представлены рекомендуемые области применения наиболее распространенных марок быстрорежущих сталей в зависимости от типов обрабатываемых материалов и видов обработки, а в табл. 6 – рациональные значения износа различных инструментов из БРС.

Сопоставление по химическому составу отечественных марок БРС с некоторыми зарубежными марками, позволяет выбрать сплавы – аналоги, которые приведены в табл. 7.

Всвязи с возрастающим дефицитом вольфрама, молибдена и кобальта, основных легирующих элементов, используемых при производстве быстрорежущих сталей, в

настоящее время все большее применение находят экономнолегированные стали. Среди сталей этого типа наибольшее применение получила сталь 11Р3МЗФ2, которая используется при производстве различных видов режущих инструментов не только в отечественной промышленности, но

21

и за рубежом.

Рис. 3. Зависимость твердости различных инструментальных материалов от температуры [2]

Еще одним направлением совершенствования инструментов из БРС является использование порошковых сталей. Это позволяет, в отличие от быстрорежущих сталей традиционного производства, получить мелкозернистую структуру с равномерным распределением карбидов при отсутствии шлаковых включений; повысить технологическую пластичность; существенно уменьшить влияние масштабного фактора на прочность и вязкость, тем самым обеспечивая высокий уровень механических свойств в заготовках крупных сечений; значительно улучшить шлифуемость (в том числе сталей, содержащих 3...6% ванадия и более) и увеличить надежность работы инструментов вследствие уменьшения вероятности образования дефектов типа прижогов и микротрещин при заточке; повысить стойкость инструментов в

22

1,5...3 раза. Порошковая быстрорежущая сталь обладает более высокой теплостойкостью, износостойкостью и технологичностью, но является чрезвычайно дорогой. Обозначаются порошковые БРС буквами МП, например, Р6М5ФЗ – МП.

Таблица 6 Рациональные значения износа по задним поверхностям

различных видов инструментов из БРС [2]

Таблица 7 Марки и химический состав быстрорежущих сталей,

применяемых за рубежом и имеющих аналоги в России [2]

1.3. Твердые сплавы

Под твердыми сплавами понимают сплавы на основе высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, соединенных металлической связкой, как правило, кобальтом. В настоящее время они являются основным инструментальным материалом, обеспечивающим высокопроизводительную обработку материалов. Общее количество твердосплавных инструментов, применяемых в механообрабатывающем производстве, составляет 30...35%. При этом твердосплавными инструментами снимают до 65% стружки, так как скорость резания, применяемая при обработке этими инструментами, в 2...5 раз выше, чем у быстрорежущих инструментов.

24

Твердые сплавы изготавливают методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, прессуют в изделия необходимой формы и подвергают спеканию при 1400...1550 °С в защитной атмосфере (водород) или в вакууме. При спекании кобальт плавится и растворяет часть карбидов, что позволяет получать плотный материал (пористость, как правило, не превышает 5 %), состоящий на 80...97% из карбидных частиц, соединенных кобальтовой связкой. Увеличение содержания связки вызывает снижение твердости сплава, но повышает его прочностные характеристики.

Твердые сплавы производят в виде пластин, которыми оснащаются режущие инструменты (резцы, сверла, фрезы и др.). Выпускаются и цельные твердосплавные инструменты – концевые фрезы, сверла и др. Инструменты, изготовленные из твердых сплавов, обладают высокой твердостью 80...92 HRA (74...77 HRC), износостойкостью и высокой теплостойкостью (до 800... 1000°С) и по своим эксплутационным свойствам превосходят инструменты из инструментальных сталей (рис. 3). Их главными недостатками являются сравнительно низкие прочностные характеристики и сложность изготовления сложнопрофильных инструментов.

В соответствии с ГОСТ 3882 – 74 отечественной промышленностью выпускается три группы твердых сплавов: вольфрамовая (однокарбидная), титановольфрамовая (двухкарбидная) и титанотанталовольфрамовая (трехкарбидная). Их марки, состав и физико-механические свойства приведены в табл. 8. [2]

Сплавы вольфрамовой группы (WC – Со) имеют наибольшую прочность, но более низкую твердость, чем сплавы других групп. Они сохраняют теплостойкость до 800°С. Массовая доля карбидообразующих элементов в этих сплавах определяется разностью между 100% и массовой долей связки (цифра после буквы К), например, сплав ВК4 содержит 4% кобальта и 96% WC.

25

Сплавы титановольфрамовои группы (WC – TiC – Co) имеют более высокую теплостойкость (до 900... 1000°С) и твердость. Это связано с тем, что карбид вольфрама частично растворяется в карбиде титана при температуре спекания с образованием твердого раствора (Ti, W)C, имеющего более высокую твердость, чем WC. Структура карбидной фазы зависит от соотношения WC и TiC в шихте. В двухкарбидных (WC+TiC) сплавах цифра после буквы карбидообразующего элемента определяет массовую долю карбидов этого элемента, следующая цифра – массовая доля связки, остальное - массовая доля карбида вольфрама (например, сплав T5K10 содержит 5% TiC, 10% Со и 85% WC).

Третью группу образуют сплавы системы (WC – ТiC – TaC – Co). В этих сплавах структура карбидной основы представляет собой твердый раствор (Ti,Ta,W) C и избыток WC. Сплавы этой группы отличаются высокими прочностными характеристиками и, как следствие, лучшей, чем сплавы других групп, сопротивляемостью вибрациям и выкрашиванию. В трехкарбидных сплавах цифра после букв ТТ означает, массовую долю карбидов титана и тантала. Цифра за буквой К – массовая доля связки, остальное – массовая доля карбида вольфрама (например, сплав ТТ8К6 содержит 6% кобальта, 8% карбида титана, 2% карбида тантала и 84% карбида вольфрама).

Из табл. 8 видно, что даже при одинаковом содержании кобальта, физико – механические свойства твердых сплавов могут существенно отличаться. Это отличие связано с зернистостью карбидной фазы, главным образом, со средним размером зерен карбида вольфрама. С уменьшением размера зерна карбидовольфрамовой фазы, твердость, износостойкость и, как следствие, сопротивление абразивному износу возрастает, а прочность, наоборот, снижается. Эта закономерность широко используется для создания сплавов различного назначения с требуемым комплексом свойств. В современных твердых сплавах размер зерен карбидной фазы

26

может изменяться от долей микрометра до 15 мкм.

Если твердый сплав имеет мелкое зерно, то в его обозначение добавляют букву М: например, ВК3 – М, ВК6 – М, ВК10 – М. В случае особомелкозернистой структуры (порядка 0,2...0,5 мкм), в обозначение добавляют буквы ОМ. Особомелкозернистые твердые сплавы, легированные хромом, обозначаются буквами ХОМ. Структура сплавов «ОМ» и «ХОМ» позволяет при заточке и доводке инструментов достигать меньших радиусов округления режущих кромок и заметно повысить качество и точность обрабатываемых деталей.

Взависимости от обрабатываемого материала и вида образующейся стружки, в соответствии со стандартом ISO, инструментальные материалы подразделяют на 6 групп резания – Р, М, К, N, S и Н, каждая из которых обозначается определенным цветом (табл. 9) [2].

Всвою очередь группы резания подразделяют на группы применения, которые обозначают буквой (группа резания) и числовым индексом (группа применения).

Чем больше индекс группы применения, тем ниже твердость и износостойкость твердого сплава и допустимая скорость резания, но выше прочность (ударная вязкость), допустимая подача и глубина резания.

Малый индекс группы применения соответствует чистовым операциям, когда от твердых сплавов требуется высокая износостойкость и малая прочность, а большой индекс соответствует черновым операциям, т.е. твердые сплавы должны иметь высокие прочностные свойства. В связи

сэтим каждая марка имеет свою предпочтительную область применения, в которой она обеспечивает максимальные работоспособность сплава и производительность процесса обработки.

Втабл. 10 представлена классификация твердых сплавов по группам применения и основные марки (без покрытий), выпускаемые отечественными производителями – ОАО

27

«Кировоградский завод твердых сплавов» (КЗТС), Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов (ФГУП ВНИИТС) и ОАО «Сандвик-МКТС» (г. Москва).

При обработке часто сменяемых малых партий деталей из различных материалов используют универсальные марки твердых сплавов. В этом случае сокращаются затраты на переналадку станков, хранение и обслуживание инструментов. Однако при этом производительность и стойкость универсальных марок ниже на 10...25 %, чем специализированных.

Таблица 8 Марки, химический состав и характеристики спеченных

твердых сплавов

Для повышения работоспособности твердосплавных инструментов в настоящее время широко используют различные методы нанесения износостойких покрытий. При этом потребители твердых сплавов могут приобретать у изготовителей инструменты с износостойкими покрытиями или же на своем оборудовании самостоятельно наносить покрытия, необходимые для решения конкретных производственных задач. Группы применения определяются ориентировочно и достаточно неоднозначно. Поэтому ряд марок твердых сплавов может хорошо работать в двух – трех группах применения или даже в разных группах резания.

Обычно крупные производители создают два класса твердых сплавов: специализированные марки для определенного обрабатываемого материала и типа операции (черновая, чистовая), которые обеспечивают наибольшую производительность обработки, и универсальные марки для обработки различных материалов и типов операций, которые во всех возможных случаях обеспечивают достаточную производительность и стойкость.

Для массового и крупносерийного производства характерно применение специализированных марок. Однако большая номенклатура специализированных марок твердых сплавов приводит к увеличению затрат на хранение и

29