1.6.5. Металлокерамические твердые сплавы

Металлокерамические твердые сплавы представляют собой инструмен­тальные материалы, состоящие из карбидов тугоплавких металлов и цементирующего металла – кобальта, играющего роль связки. На рис. 5 приведена зависимость твердости различ­ных инструментальных материалов от тем­пературы испытания. Твердые сплавы об­ладают наиболее высокой твердостью и сохраняют ее при нагреве до высоких температур.

Твердые сплавы изготавливают методом порошковой металлургии. Применяют кар­биды воль­фрама, титана и тантала, а за рубежом – также карбиды ниобия и ва­надия. Сплавы получают спеканием поро­шков карбидов с порошком кобаль­та, являющегося связующим компонентом, при 1400–1550 °C после предваритель­ного прессования.

Твердые сплавы изготавливают в виде пластин, которые мед­ным припоем припаивают к державке из обычной углеродистой стали. Твердые спла­вы применяют для резцов, сверл, фрез и другого инструмента.

Инструмент из металлокерами­ческих твердых сплавов харак­теризуется высокой твердостью (HRA = 80–97), износо­стой­костью в сочетании с высокой теплостойкостью (до 800–1000 °С). Их недостатком является высокая хрупкость.

При использовании твердых сплавов скорость резания в 5–10 раз выше, чем при использовании быстрорежущих сталей.

В зависимости от состава карбидной основы различают три группы твердых сплавов: вольфрамовые, титановольфрамовые и титанотанталовольфрамовые.

Вольфрамовые твердые сплавы изготавливаются на основе карбида вольфрама WC и кобальта. Сплавы этой группы назы­вают однокарбидными и обозначают буквами «ВК» и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах. Например, сплав ВК3 содержит 3 % кобальта и 97 % карбида вольфрама. Содержание кобальта может изменяться (сплавы ВК6, ВК8, ВК10).

Чем больше содержание кобальта, тем выше прочность, хотя и несколько ниже твердость сплава. Твердые сплавы вольфрамовой группы имеют наибольшую прочность, но более низкую твердость, чем сплавы других групп. Они теплостойки до 800 °С. Их обычно применяют для обработки чугуна, сплавов цветных металлов и различных неметаллических материалов, дающих прерывистую стружку.

Сплавы второй группы (двухкарбидные) изготовляют на основе карбидов WC и TiC на кобальтовой связке. Их маркируют бук­вами «ТК» и цифрами. Цифры после буквы Т указывают содержа­ние карбидов титана в процентах, а цифры после буквы К – содержание кобальта. Например, в сплаве Т15К6 содержится 15 % TiC, 6 % Со, 79 % WС. Карбид вольфрама растворяется в карбиде титана при температуре спекания, образуя твердый раствор (Ti, W) С, имеющий более высокую твердость, чем WC. Сплавы этой группы имеют более высокую (до 900–1000 °С) теплостойкость, повышающуюся с увеличением содержания карбидов титана. Их в основном применяют для высокоскоростной обработки сталей.

Для изготовления сплавов третьей группы используют карбиды вольфрама, титана, тантала и в качестве связки – порошок кобальта. Эти сплавы маркируют буквами «ТТК» и цифрами. Цифра, стоящая после букв «ТТ», указывает суммарное содержание карбидов титана TiC и тантала ТаС, а цифра, стоящая после буквы К, – содержание кобальта. Например, сплав ТТ7К12 содержит 4 % TiC, 3 % ТаС, 12 % Со и 81 % WC. В их структуре присутствует твердый раствор (Ti, Та, W) С и избыток WC. Сплавы этого типа имеют более высокую прочность, чем сплавы второй группы и лучшую сопротивляемость ударным воздействиям вибрации и выкрашиванию. Их применяют для более тяжелых условий резания (черновое точение стальных слитков, поковок, литья).

Общим недостатком рассмотренных сплавов, помимо высокой хрупкости, является повышенная дефицитность исходного воль­фрамового сырья, являющегося основным компонентом, определяющим их повышенные физико-механические характеристики. Поэтому перспективным направлением является использование безвольфрамовых твердых сплавов. Хорошо зарекомендовали себя сплавы, для которых в качестве основы используется карбид титана, в качестве связки – никель и молибден. Они маркируются буквами КТС и ТН. Твердые сплавы КТС-1 и КТС-2 содержат 15–17 % никеля и 7–9 % молибдена соответственно, остальное – карбид титана. В твердых сплавах типа ТН-20, ТН-25, ТП-30 в качестве связующего металла применяют в основном никель, содержание которого 16–30 %. Концентрация молибдена соста­вляет 5–9 %, остальное – также карбид титана. Твердость подобных твердых сплавов составляет НRА = 87–94, сплавы имеют высокую износо- и коррозионную стойкость. Их используют для изготовления режущего инструмента и быстроизнашивающихся деталей технологического оборудования.