Свойства твердых сплавов и области их применения. Свойства твердых сплавов и, следовательно, области их применения зависят от состава и зернистости карбидной фазы (WC, TiC, TaC), а также от соотношения карбидной и связывающей фаз. Регулированием этих факторов можно в определенных пределах менять свойства сплавов.
Рис.2.3.1. Зависимость твердости различных инструментальных материалов от температуры испытания: 1 - углеродистая сталь; 2 - быстрорежущая сталь; 3 - твердый сплав В соответствии с ГОСТ 3882–74 в РФ выпускают три группы твердых сплавов: вольфрамовая (однокарбидная), титановольфрамовая (двухкарбидная), и титанотанталовольфрамовая (трехкарбидная). Их марки, состав и физико-механические свойства приведены в табл.2.4.1 Сплавы вольфрамовой группы (WC-Со) имеют наибольшую прочность, но более низкую твердость, чем сплавы других групп.
Они теплостойки до 800 °С. Их применяют в режущем инструменте для обработки чугунов, сталей, цветных сплавов и неметаллических материалов.
Повышенная износостойкость и сопротивляемость ударам сплавов группы ВК определяет их применение в горном инструменте и для изготовления штампов, пуасонов, матриц, фильер и т.п. Сплавы второй 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) С, имеющего более высокую твердость, чем WC. Структура карбидной фазы зависит от соотношения WC и TiC в шихте.
В сплаве Т30К4 образуется одна карбидная фаза - твердый раствор (Ti, W) С, который придает сплаву максимальную твердость (HRA 92), но пониженную прочность.
В остальных сплавах этой группы количество WC превышает растворимость в TiС, поэтому карбиды вольфрама в них присутствуют в виде избыточных частиц. Эти сплавы применяют в основном для высокоскоростной обработки сталей и чугунов.
Третью группу образуют сплавы системы (WC-TiC-TaC-Co). В этих сплавах структура карбидной основы представляет собой твердый раствор (Ti, Та, W) С, и избыток WC. Сплавы этой группы отличатся от предыдущей большей прочностью, лучшей сопротивляемостью вибрациям и выкрашиванию. Они применяются в наиболее тяжелых условиях резания - при черновой обработке стальных поковок, отливок, а также труднообрабатываемых сталей и сплавов. Общим недостатком рассмотренных сплавов, помимо высокой хрупкости, является повышенная дефицитность исходного вольфрамового сырья - основного компонента, определяющего их повышенные физико-механические характеристики [7]. Таблица 2.3.1. Марки, химический состав и характеристики спеченных твердых сплавов (ГОСТ 3882–74) [7]. Группы Марки Массовая доля основных компонентов в смеси порошков,% Физико-механические свойства WC TiC TaC Co Предел прочности при изгибе, МПа (кгс/мм2), не менее Плотность, (кг/м3) • 10–3 Твердость по Роквеллу по шкале А, [HRA] не менее Вольфрамовая ВК3 97 – – 3 1176 (120) 15,0–15,3 89,5 ВК3-М 97 – – 3 1176 (120) 15,0–15,3 91,0 ВК4-В 96 – – 4 1470 (150) 14,9–15,2 88,0 ВК6 94 – – 6 1519 (155) 14,6–15,0 88,5 ВК6-М 94 – – 6 1421 (145) 14,8–15,1 90,0 ВК6-ОМ 92 – 2 6 1274 (130) 14,7–15,0 90,5 ВК6-В 94 – – 6 1666 (170) 14,6–15,0 87,5 ВК8 92 – – 8 1666 (170) 14,4–14,8 88,0 ВК8-В 92 – – 8 1813 (185) 14,4–14,8 86,5 ВК8-ВК 92 – – 8 1764 (180) 14,5–14,8 87,5 ВК10 90 – – 10 1764 (180) 14,2–14,6 87,0 ВК10-КС 90 – – 10 1862 (190) 14,2–14,6 85,0 ВК11-В 89 – – 11 1960 (200) 14,1–14,4 86,0 ВК11-ВК 89 – – 11 1862 (190) 14,1–14,4 87,0 ВК15 85 – – 15 1862 (190) 13,9–14,4 86,0 ВК20 80 – – 20 2058 (210) 13,4–13,7 84,0 ВК20-КС 80 – – 20 2107 (215) 13,4–13,7 82,0 ВК10-ХОМ 88 – 2 10 1470 (150) 14,3–14,7 89,0 Титановольф- рамовая Т30К4 66 30 – 4 980 (100) 9,5–9,8 92,0 Т15К6 79 15 – 6 1176 (120) 11,1–11,6 90,0 Т14К8 78 14 – 8 1274 (130) 11,2–11,6 89,5 Т5К10 85 6 – 9 1421 (145) 12,4–13,1 88,5 Т8К7 85 8 – 7 1519 (155) 12,8–13,1 90,5 Титанотантало-вольфрамовая ТТ7К12 81 4 3 12 1666 (170) 13,0–13,3 87,0 ТТ8К6 84 8 2 6 1323 (135) 12,8–13,3 90,5 ТТ10К8-Б 82 3 7 8 1617 (165) 13,5–13,8 89,0 ТТ20К9 71 8 12 9 1470 (150) 12,0–12,5 91 Таблица 2.3.2. Область применения твердых сплавов [7] Марки Применение Для обработки материалов резанием ВК3 Чистового точения с малым сечением среза, окончательного нарезания резьбы, развертывания отверстий и других аналогичных видов обработки серого чугуна, цветных сплавов и неметаллических материалов (резины, фибры, пластмассы, стекла, стеклопластиков, и т.д.). Резки листового стекла ВК3-М Чистовой обработки (точения, растачивания, нарезания резьбы, развертывания) твердых, легированных и отбеленных чугунов, цементированных и закаленных сталей, а также высокоабразивных неметаллических материалов ВК6-ОМ Чистовой и получистовой обработки твердых, легированных и отбеленных чугунов, закаленных сталей и некоторых марок нержавеющих высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, особенно сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена (точения, растачивания, развертывания, нарезания резьбы, шабровки) ВК6-М Получистовой обработки жаропрочных сталей и сплавов, нержавеющих сталей аустенитного класса, специальных твердых чугунов, закаленного чугуна, твердой бронзы, сплавов легких металлов, абразивных неметаллических материалов, пластмасс, бумаги, стекла.
Обработки закаленных сталей, а также сырых углеродистых и легированных сталей при тонких сечениях среза на весьма малых скоростях резания ТТ8К6 Чистового и получистового точения, растачивания, фрезерования и сверления серого и ковкого чугуна, а также отбеленного чугуна.
Непрерывного точения с небольшими сечениями среза стального литья, высокопрочных, нержавеющих сталей, в том числе и закаленных.
Обработки сплавов цветных металлов и некоторых марок титановых сплавов при резании с малым и средним сечением среза ВК6 Чернового и получернового точения, предварительного нарезания резьбы токарными резцами, получистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания отверстий, зенкерования серого чугуна, цветных металлов и их сплавов и неметаллических материалов ВК8 Чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, строгании, чернового фрезерования, сверления, чернового рассверливания, чернового зенкерования серого чугуна, цветных сплавов и неметаллических материалов.
Обработки нержавеющих, высокопрочных и жаропрочных труднообрабатываемых сталей и сплавов, в том числе сплавов титана ВК10-ХОМ Сверления, зенкерования, развертывания, фрезерования и зубофрезерования стали, чугуна, некоторых труднообрабатываемых материалов и неметаллов цельнотвердосплавным, мелкоразмерным инструментом ВК15 Режущего инструмента для обработки дерева Т30К4 Чистового точения с малым сечением среза (типа алмазной обработки); нарезания резьбы и развертывание отверстий незакаленных и закаленных углеродистых сталей Т15К6 Получернового точения при непрерывном резании, чистового точения при прерывистом резании, нарезания резьбы токарными резцами и вращающимися головками, получистового и чистового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания и растачивания предварительно обработанных отверстий, чистового зенкерования, развертывания и других подобных видов обработки углеродистых и легированных сталей Т14К8 Чернового точения при неравномерном сечения среза и непрерывном резании; чернового фрезерования сплошных поверхностей, рассверливания литых и кованных отверстий, чернового зенкерования и других подобных видов обработки углеродистых и легированных сталей Т5К10 Чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, фасонного точения, отрезки токарными резцами; чистового строгания; чернового фрезерования прерывистых поверхностей и других видов обработки углеродистых и легированных сталей, преимущественно в виде поковок, штамповок и отливок по корке и окалине Т8К7 Фрезерования труднообрабатываемых чугунов ТТ7К12 Тяжелого чернового точения стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии песка, шлака и различных неметаллических включений при равномерном сечении среза и наличии ударов. Всех видов строгания углеродистых и легированных сталей.
Тяжелого сверления отверстий в стали, чернового фрезерования углеродистых и легированных сталей ТТ10К8-Б Черновой и получистовой обработки некоторых марок труднообрабатываемых материалов, нержавеющих сталей аустенитного класса, маломагнитных сталей и жаропрочных сталей и сплавов в том числе титановых ТТ20К9 Фрезерования стали, особенно фрезерование глубоких пазов и других видов обработки, предъявляющих повышенные требования к сопротивлению сплава тепловым и механическим циклическими нагрузками Для бесстружковой обработки металлов, быстроизнашивающихся деталей машин, приборов и приспособлений ВК3, ВК6, ВК3-М, ВК6-М Сухого волочения проволоки из стали, цветных металлов и их сплавов при небольшой степени обжатия.
Быстроизнашивающихся деталей машин, приборов и измерительного инструмента, работающих без ударных нагрузок ВК8 Волочения, калибровки и прессования прутков и труб из стали цветных металлов и их сплавов.
Быстроизнашивающихся деталей машин, приборов и измерительного инструмента, работающих при небольших ударных нагрузках ВК10 Волочения и калибровки прутков и труб из стали, цветных металлов и их сплавов при средней степени обжатия Быстроизнашивающихся деталей машин, приборов и измерительного инструмента, работающих при ударных нагрузках средней интенсивности ВК15 Волочения и прессования прутков и труб из стали при повышенной степени обжатия. Штамповки, высадки, обрезки, вытяжки углеродистых и качественных сталей при ударных нагрузках малой интенсивности ВК10-КС Штамповки, высадки, вытяжки легированных и специальных сталей при ударных нагрузках малой интенсивности ВК20-КС Штамповки, высадки, обрезки легированных и специальных сталей и сплавов при ударных нагрузках средней интенсивности ВК20К Объемной штамповки и высадки при обычной и повышенной температурах углеродистых легированных и специальных сталей при ударных нагрузках высокой интенсивности 2.4.