5.Твердые сплавы

Применение твердых сплавов при обработке резанием позволило повысить в среднем скорости резания в 2-4 раза. Поэтому там, где это целесообразно, следует у инструментов рабочую часть выполнять твердосплавной или твердосплавным режущим элементом.

В инструментальном производстве применяют вольфрамовые, титанонофольфрамовые и титанотанталофольфрамовые твердые сплавы. Твердые сплавы получают путем прессования и спекания при ысокой температуре (1500-2000⁰С) карбидов фольфрама, титана, тантала и кобальта (связки).

Вольфрамовые сплавы – однокарбидные (кроме сплавов ВК6-ОМ, ВК10-ОМ), титанофольфрамовые-двухкарбидные и титанотонталофольфрамовые-трехкарбидные.

Твердые сплавы по сравлению с инструментальными сталями имеют пониженную теплопроводимость или более низкий коэффициент линейного расширения. Они очень чувствительны к периоду температур, переменным нагрузкам и удару.

Вольфрамоые твердые сплавы имеют твердость до 91НRА, предел прочности при изгибе до 1700Мпа, красностойкость 800-850⁰С. В этой группе следующие марки: ВК-3, ВК3-М, ВК4-В, ВК-6, ВК6_ОМ, ВК8, ВК-10М, ВК10-ОМ и др. Цифры после буквы К показывают содержание кобальта в %, буквы О-особо мелкозернистая структура, М-мелкозернистая структура карбидов, В-крупнозернистая структура (исходного порошка карбидов для спекания). Мелкозернистая структура сплава повышает его износостойкость, но уменьшает прочность, крупнозернистая – наоборот. таким образом, например, в сплаве ВК6-ОМ содержится 6% кобальта, 2% карбидов тантала и 92% карбидов фольфрама с особо мелкозернистой структурой.

Вольфрамовые твердые сплавы обладают повышенной адизией при обработке из стали, что приводит к быстрому образованию лунки на передней поверхности инструмента (из-за контакта этой поверхности со сходящей стружкой) и потере его режущей способности. Вследствие этого вольфрамовые твердые сплавы в основном применяют для обработки деталей из чугунов. Следует отметить, что твердые сплавы ВК6-М, ВК6-ОМ, ВК-8, ВК10-ОМ могут быть с успехом использованы при обработке деталей из коррозийно-стойких и жаропрочных сталей, сплавов на основе титана, цветных металлов и некоторых неметаллических материалов.

К титановольфрамовым твердым сплавом относятся следующие марки: ТЗОК4, Т15К6, Т14К6, Т5К10, Т5К12, состоящие из карбидов титана и вольфрама и кобальта (связка). Например, в сплаве Т5К12 содержится 12% кобальта, 5% карбидов титана и 83% карбидов вольфрама. титановольфрамовые твердые сплавы имеют красностойкость 850-900⁰С, предел прочности на изгиб 1000-1700 МПа, предел прочности на сжатие 4200МПа, твердость 87-92HRA. По сравнению с вольфрамовыми сплавами эти сплавы имеют меньший коэффициент теплопроводности. Их применяют для обработки заготовок из углеродистых и легированных сталей.

Титанотанталовольфрамовые твердые сплавы – трехкарбидные. Кроме карбидов титана и вольфрама они содержат еще и карбид тантала. Марки: ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ10К8-Б, ТТ20К9. У этих сплавов красностойкость 750⁰С, предел прочности на изгиб 1350-1700Мпа, твердость 87-90 HRA. Например, сплав ТТ7К12 содержит 4% карбидов титана, 3% карбидов титана, 12% кобальта и 81% карбидов вольфрама.

Титанотанталовольфрамовые твердые сплавы рекомендуются для черновой и получистовой обработки заготовок из сталей (в том числе труднообрабатываемых), а сплав ТТ7К12 – для тяжелого черного точения стальных поковок и отливок, а также строгания и фрезерования.

при выборе оптимальной марки твердого сплава для конкретной обработки следует иметь в виду, что с увеличением содержания кобальта (связки)увеличивается предел прочности при изгибе, но снижаются режущие свойства сплава. Твердые сплавы с меньшим содержанием кобальта следует рекомендовать для чистовой и получистовой обработки.

С целью экономии вольфрама в инструментальном производстве идет поиск новых инструментальных материалов, не имеющих в своем составе вольфрама. За последние несколько лет для обработки заготовок из конструкционных материалов стали применять так называемых безвольфрамовые твердые сплавы. Эти сплавы делятся на 3 группы на основе:

• сложного карбида титана и ниобия (ТМ1 и ТМ3);

• карбида титана (ТН-20);

• карбонида титана (КНТ-16).

В качестве связки используют чаще всего никель и молибден.

Безвольфрамовые твердые сплавы несколько детунают традиционным твердым сплавом по прочности, теплопроводности, ударной вязкости, но у них выше окалиностойкость, пониженное адгезийное взаимодействие с обрабатываемым материалом.

Для повышения стойкости инструмента на рабочие поверхности твердосплавных пластин наносит износостойкие покрытия (карбиды и нитриды титана). Слой из этих карбидов толщиной 5-7 мкм увеличивает срок службы инструмента в 3-4 раза.

Износостойкие покрытия на режущие элементы инструмента наносят, в основном, двумя способами: КИБ – конденсация вещества из плазменной фазы в условиях ионной бомбардировки; РЭП – реактивное электролучевое плазменное осаждение. Применяют так же термодиффузионный метод. Следует отметить, что износостойкие покрытия наносят и на режущие инструменты из быстрорежущей стали.

Твердые сплавы выпускают в виде пластин различной формы, которые либо приживают к державке, либо крепят к ней механическим путем.