Значение твердых сплавов

Твердые сплавы играют большую роль в промышленности, в особенности в машиностроении. Внедрение их в металлообрабатывающую промышленность повысило в среднем производительность труда и 2 — 3 раза, а скорости резания в 2 — 1 раза (100 — 200 м/мин взамен максимальной скорости для быстрорежущем стали 40 — 50 м/мин). Применение твердых сплавов позволяет получить полную экономию средств, а также обеспечивает значительное повышение темпов производства.

Твердые металлокерамические сплавы отличаются от быстрорежущей стали большим содержанием вольфрама (до 90%), а в некоторых марках также наличием титана (от 5 до 60%), образующих тугоплавкие карбиды. Высокая красностойкость (до 750 — 800° и выше) и износоустойчивость объясняются присутствием в твердых сплавах соответствующих карбидов, обладающих высокой твердостью.



При правильной эксплуатации и полном использовании режущих и механических свойств твердого сплава инструменты, оснащенные пластинками твердого сплава, обеспечивают более высокую эффективность (от 3 до 5 и более раз) по машинному времени по сравнению с инструментами из быстрорежущей стали.

Группы

Твердые сплавы по своему химическому составу разделяются на две группы:

  • вольфрамокарбидные, состоящие из карбида вольфрама и твердого раствора карбида вольфрама в кобальте
  • титановольфрамокарбидные, состоящие из карбида вольфрама, карбида титана и твердого раствора этих карбидов в кобальте

Для изготовления режущих инструментов согласно ГОСТу 3882-61 применяются:

  • вольфрамокаэбидные сплавы ВК2, ВКЗ, ВК4, ВК6М, ВК6, ВК8, ВК8В;
  • титановольфрамокарбидные сплавы Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4, Т5К12В.

С повышением содержания кобальта режущие свойства твердых сплавов понижаются, но зато повышается их прочность и вязкость. Титановольфрамокарбидные сплавы, как правило, отличаются более высокой режущей способностью и износоустойчивостью по сравнению с Еольфрамокарбидными сплавами.

Физико-механическме свойства твердых сплавов

Режущие свойства твердых сплавов зависят не только от химического состава, но также и от их физико-механических свойств. В процессе резания режущие кромки инструмента нагреваются до 800 и выше, поэтому физико-механические свойства важно знать не только в холодном, но и в нагретом состоянии. При этом надо учитывать, что при работе происходит нагрев режущих кромок инструмента только в зоне резания и на некотором расстоянии от нее, тогда как вся пластинка твердого сплава остается мало нагретой. Необходимо отметить, что физико-механические свойства твердых сплавов изучены еще недостаточно, особенно в процессе резания. Данные по прочностной характеристике, полученные в лабораторных условиях путем нагреваний пластинок не совпадают с данными, характеризующими прочность режущих кромок в процессе резания.

Одной из основных характеристик твердого сплава появляется удельный вес. Он позволяет контролировать степень объемной пористости сплава, которая обычно находится в пределах 1 — 2% С увеличением удельного веса качество сплава повышается величина его отмечается на каждой коробке поставляемого сплава.

Теплопроводность

Теплопроводность вольфрамокарбидных сплавов почти не зависит от содержания кобальта и приближается к теплопроводности малоуглеродистой стали. Теплопроводность титановольфрамокарбидных сплавов значительно ниже (в 2 — 3 раза) теплопроводности вольфрамо-карбидных сплавов и приближается к теплопроводности быстрорежущей стали Р18. Теплоемкость твердых сплавов сравнительно мала. Она меньше теплоемкости малоуглеродистой и быстрорежущей стали в 2 — 2,5 раза. Для вольфрамокарбидных сплавов теплоемкость меньше, чем для титановольфрамокарбидных сплавов, у которых она повышается с увеличением карбидов титана и уменьшением кобальта.

Термические особенности твердых сплавов оказывают большое влияние на такие операции при изготовлении твердосплавных инструментов, как пайка, шлифование, заточка. Твердые сплавы очень чувствительны к условиям нагрева и охлаждения. Во избежание глубоких трещин и поверхностной их сетки, необходимо применять медленное нагревание при пайке, пониженные режимы резания при шлифовании и заточке, используя, где только возможно, обильное охлаждение. Предельными значениями скорости вращения шлифовального круга при заточке являются: для вольфрамокарбидных сплавов 18 м/сек, для титановольфрамокарбидных 12 м/сек. Ни в коем случае недопустима скорость круга, применяемая при заточке инструментов из стали (25 — 30 м/сек).

Трещины

Трещины появляются и при быстром местном нагревании сплава в процессе резания, в особенности при наличии большого износа режущих поверхностей. Нельзя допускать большого износа (не выше 0,6-0,8 мм по задней поверхности), так как выводить трещины путем заточки весьма трудно. Титановодьфрамокарбидные сплавы более чувствительны к трещинам, чем вольфрамокарбидные, причем с повышением процентного содержания титана склонность к трещинам резко возрастает.

Коэффициент линейного расширения

Коэффициент линейного расширения титановольфрамокароидных сплавов примерно в 2 раза ниже, чем для малоуглеродистой стали. Это различие отражается на качестве инструмента с напаянными пластинками твердого сплава. Из-за дополнительных напряжении пластинка твердого сплава часто отслаивается по всему сечению вблизи припоя. Для уменьшения разницы в значениях коэффициента линейного расширения твердого сплава и стали целесообразно при напайке помещать, между пластиной и державкой прокладки (например, из пермаллоя).

Магнитная проницаемость твердых сплавов незначительна, так как она обусловлена в основном присутствием кобальта. Различие в магнитныхсвойствах используется в производстве для рассортировки различных марок твердых сплавов.

Твердость

Твердость является одним из важных свойств твердого сплава, так как от нее зависит износоустойчивость. Она выше твердости быстрорсжущсй стали на HRА 5 — 8 и возрастает с увеличением вольфрама пли титана и уменьшением кобальта. Повышенная твердость сплавов объясняется твердостью тугоплавких карбидов, соответствующей, примерно, твердости корунда. Режущие свойства твердого сплава зависят в основном от красностойкости, которая повышается с увеличением содержания карбидов. Сплавы титановольфрамокарбндной группы обладают большей красностойкостью по сравнению со сплавами вольфрамокарбидной группы; красностойкость повышается с увеличением содержания карбидов.

Слипаемость

При высокой температуре частицы обрабатываемого материала привариваются к контактным площадкам режущего инструмента. Это свойство зависит от склонности к слипанию пары трущихся металлов заготовки и инструмента. Слипаемость титановольфрамо-карбидных сплавов происходит при более высокой температуре, чем вольфрамокарбидных сплавов, которые мало отличаются в этом отношении от быстрорежущей стали Р18. Меньшая склонность к слипанию титановольфрамокарбидных сплавов обусловливается образованием на поверхности пластинки этого сплава плотной оксидной пленки. Пленка понижает как коэффициент трения между парой трущихся металлов, так и прочность приваренных частиц металла к инструменту.

Износоустойчивость

Ценным свойством твердых сплавов является большая износоустойчивость по сравнению с износоустойчивостью быстрорежущей стали. Это свойство выгодно использовать для таких инструментов, как развертки, протяжки, алмазозаменители для правки шлифовальных кругов и др. Износоустойчивость зависит от химического состава и структуры сплава, его физико-механических свойств и условий работы инструмента. Поэтому трудно получить абсолютные величины износоустойчивости и приходится удовлетворяться сравнительными данными в каждом конкретном случае в зависимости от вида и условий износа.

Предел прочности

Предел прочности при сжатии для вольфрамокарбидных сплавов определяется в 400 к Г/мм2 и выше, причем максимальное его значение получается для сплава с содержанием кобальта 3 — 5%. При большом содержании кобальта предел прочности при сжатии несколько снижается, однако для всех марок твердого сплава он имеет высокие значения. Это важное свойство твердых сплавов необходимо применять при конструировании инструментов, оснащенных твердым сплавом.