Марки, химический состав и свойства вольфрамосодержащих твердых сплавов

Группа сплавов	Марка сплава	Состав сплава, %				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
	ВК-3М	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	1666	87,5
	ВК8	92	–	–	8	1666	87,5
	ВК8-В	92	–	–	8	1813	86,5
ТК	Т5К10	85	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
	ТТ20К9	71	8	12	9	1470	89,0

2)  титановольфрамовые сплавы группы ТК: Т5К10, Т15К6, Т14К8, Т30К4, 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, ТТ8К6, ТТ20К9 и др. В условном обозначении цифры, стоящие после буквы Т, показывают процентное содержание карбидов титана и тантала, после буквы К – кобальта, остальное – карбиды вольфрама;

4) безвольфрамовые твердые сплавы ТМ-1, ТМ-3, ТН-20, КНТ-16, ТС20ХН, состав которых приведен в табл. 2.3. Обозначения этой группы твердых сплавов условные.

Таблица 2.3

Марки, химический состав и свойства безвольфрамовых твердых сплавов

Марка сплава	Состав сплава, %					Физико-механические свойства
	Карбиды титана и ниобия	Карбонитриды титана	Карбиды титана	Никель	Молибден	Предел прочности при изгибе, МПа	Твердость HRA, не менее
ТМ-1	90	–	–	5	5	764	92
ТМ-3	64	–	–	21	15	1176	89
ТН-20	–	–	79	15	6	1050	90
КНТ-16	–	74	–	19,5	6,5	1200	89

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 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 СПИД, 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, чем сплавы ВК. Введение в твердый сплав карбидов тантала или карбидов тантала и ниобия (ТТ10К8Б) повышает его прочность. Поэтому трех- и четырехкарбидные твердые сплавы применяются для оснащения инструментов, работающих с ударами и по загрязненной корке. Однако температу- ра теплостойкости этих сплавов ниже, чем у двухкарбидных. Из твердых сплавов с существенно улучшенной структурой следует отметить особо мелкозернистые, применяемые для обработки материалов с большой истирающей способностью. Сплавы ОМ обладают плотной, особо мелкозернистой 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 инструментов, предназначенных для черновой обработки деталей из различных сталей. Весьма эффективна замена карбидов тантала карбидами хрома. Это обеспечивает получение сплавов с мелкозернистой однородной структурой и высокой износостойкостью. Представителем таких материалов является сплав ВК10-ХОМ.

Сплавы с низким процентным содержанием кобальта (Т30К4, ВК3, ВК4) обладают меньшей вязкостью и применяются для изготовления инструментов, срезающих тонкие стружки на чистовых операциях. Наоборот, сплавы с большим содержанием кобальта (ВК8, Т14К8, Т5К10) являются более вязкими и применяются при снятии стружек большого сечения на черновых операциях.

Работоспособность твердых сплавов значительно возрастает при нанесении на них износостойких покрытий.

Наряду со сплавами групп ВК, ТК и ТТК, в настоящее время находят все более широкое распространение сплавы групп МС и ВП. Номенклатура этих сплавов достаточно разнообразна, и они могут использоваться при обработке различных материалов, заменяя старые марки твердых сплавов. Характерной чертой сплавов типа МС и ВП является их повышенная прочность, что особенно важно в условиях работы на современном автоматизированном оборудовании. Как и на сплавы ВК, ТК и ТТК, на сплавы МС и ВП могут наноситься износостойкие покрытия. В соответствии с рекомендациями Международной Организации стандартов ИСО твердые сплавы разделены на группы (табл. 2.4). В данной таблице показано, как меняются свойства твердых сплавов в зависимости от их состава, а также области их применения.

Минералокерамика. Из современных инструментальных материалов заслуживает внимание минералокерамика, которая не содержит дорогостоящих и дефицитных элементов. Основу ее составляют оксиды алюминия Al₂O₃ с небольшой добавкой (0,5...1 %) оксида магния MgO. Высокая твердость минералокерамики, теплостойкость до 1200 °С, химическая инертность к металлам, сопротивление окислению во многом превосходят эти же параметры твердых сплавов. Однако минералокерамика уступает этим сплавам по теплопроводности, имеет более низкий предел прочности на изгиб.

Современная минералокерамика по прочности приближается к наиболее износостойким твердым сплавам. Минералокерамику на основе оксида алюминия можно разделить на три группы: 1) чисто оксидная керамика (белая), основу которой составляет оксид алюминия с незначительными примесями (А1₂О₃ – до 99,7 %); 2) керамика, представляющая собой оксид алюминия с добавлением металлов (титан, ниобий и др.); 3) оксидно-карбидная (черная) керамика – оксид алюминия с добавлением карбидов тугоплавких металлов (титана, вольфрама, молибдена) для повышения ее прочностных свойств и твердости.

Таблица 2.4