4. Твердые сплавы

Красностойкость твердых сплавов составляет 800° - 1000°С (рис. 1). Поэтому твердосплавными инструментами можно работать с большими скоростями, чем инструментами, изготовленными из быстрорежущих ста­лей.

В настоящее время для скоростного резания металлов применяют ин­струменты, оснащенные твердыми сплавами (резцы, сверла, фрезы, зенке­ры, развертки). Твердые сплавы получают методом порошковой металлур­гии. Порошки карбидов вольфрама и титана смешивают с порошком ко­бальта, который применяется в качестве связки, прессуют в пластинки, размеры и форма которых установлена ГОСТом, затем спекают при темпе­ратуре 1500° - 2000° С. В результате получают изделия, состоящие из кар­бидных частиц, связанных кобальтом. При этом изделие содержит до 5% пор от общего объема.

Твердые сплавы имеют высокую твердость 87-90 НRА, что обуслов­лено присутствием большого количества карбидов (90 - 95%). Поэтому они не подвергаются термической обработке. Пластинки из твердого сплава припаивают или крепят при помощи болтов к державке, изготовленной из конструкционной или инструментальной стали. Так изготавливают в на­стоящее время резцы, сверла, фрезы и другие металлорежущие инструмен­ты.

Рис. 1. Твердость инструментальных материалов в нагретом состоянии: 1- твердый сплав; 2 – быстрорежущая сталь; 3 – углеродистая сталь

Твердые сплавы обладают повышенной хрупкостью и небольшой прочностью при растяжении. При работе с ударами и толчками твердый сплав выкрашивается, и стойкость его снижается.

По структуре современные твердые сплавы подразделяются на 3 груп­пы. В таблице 4 приведены составы некоторых стандартных твердых спла­вов.

К первой группе относятся однокарбидные твердые сплавы, состоя­щие из карбида вольфрама и кобальта. Расшифровываются марки этой группы так. Сплав ВК2 содержит 2% кобальта и 98% карбида вольфрама, ВК6 - 6% кобальта и 94% карбида вольфрама и так далее. Чем больше в сплаве кобальта, тем меньше его твердость, и размягчается он при более низкой температуре, а, следовательно, им можно работать с меньшими скоростями.

Микроструктура сплавов группы ВК показана на рис. 2,а и представляет собой светлые угловатые зерна карбида вольфрама, темные участки – поры и кобальтовая связка.

Ко второй группе относятся двухкарбидные сплавы группы ВТК. Сплав Т5К10 - 5% карбида титана, 10% кобальта Co и 85% карбида вольфрама WС. На микрофотографии (рис.2,б) темные участки – карбид титана, светлые – карбид вольфрама.

Таблица 4

Состав и свойства некоторых твердых сплавов

Группа спла­вов	Марка спла­вов	Состав			Сопротив­ление из­гибу,МПа	Плотность, г/см3	Твердоcть НRА
		WС	ТiС	Co
ВК	ВК2 ВКЗ ВК6 ВК8	98 97 94 92	- - - -	2 3 6 8	1000 1000 1200 1300	15,0-15,4 14,9-15,3 14,6-15,0 14,4-14,3	90 89 88 87
ВТК	Т5К10 Т14К8 Т15К6	85 78 79	5 14 15	0 8 6	1150 1150 1100	12,3-13,2 11,2-12,0 10,0-11,7	88 89 90
ТК	ТЗОК6 Т60К6	64 34	30 60	6 6	900 750	9,5-9,8 6,5-7,0	92 90

К третьей группе относятся однокарбидные сплавы, состоящие из карбида (TiW)С группа TK. Например, сплавы Т30К4, Т60К4. При таком количестве карбида титана в шихте (30 и 60%) в нем растворяется весь вольфрам. Структура сплавов этой группы состоит из округлых зерен карбида (TiW)С (рис.2, в).

Карбид титана имеет более высокую твердость и хрупкость по срав­нению с карбидом вольфрама. Поэтому при обработке стали лучше исполь­зовать сплавы группы ВТК, для обработки хрупких материалов (например, чугуна) - сплавы группы ВК.

Сплавы группы ТК применяются при обработке горных пород.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с теоретическим материалом.

2. Исследовать микроструктуру инструментальных материалов по имеющимся микрошлифам и микрофотографиям.

3. Измерить твердость полученных образцов.

4. Написать отчет по работе, представив в нем микроструктуры, свойства, термическую обработку, области применения исследуемых образцов.

а б в

Рис.2. Микроструктура твердых сплавов: а– ВК,б– ВТК,в- ТК

Контрольные вопросы

1. Какие инструментальные материалы применяются для изготовления

резцов?

2. Приведите 2-3 марки быстрорежущих сталей и расшифруйте их.

3. Какие группы твердых сплавов Вы знаете?

4. Приведите из каждой известной Вам групп твердых сплавов 2-3 марки, расшифруйте их.

5. Что такое теплостойкость (красностойкость) и ее влияние на ско­рость резания?

6. Почему красностойкость твердых сплавов выше, чем быстрорежу­щих сталей?

7. Каково назначение кобальта в твердых сплавах?

8. Какие марки углеродистых инструментальных сталей вы знаете, и какие инструменты изготавливают из них?

9. В чем преимущества использования легированных инструментальных сталей для изготовления инструмента по сравнению с углеродистыми сталями?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7