Наиболее распространенные твердые сплавы состоят из тугоплавких соединений (карбид вольфрама, тантала и титана) и связующей фазы (кобальт). В обозначение твердых сплавов входят буквы, которые определяют связывающий элемент (К-кобальт) и карбидообразующие элементы (В-вольфрам, Т-титан, ТТ – тантал). Цифровое обозначение после «К» характеризует присутствие связывающего элемента в процентах. Например, сплав ВК4 содержит 4% кобальта.
Вольфрамокобальтовые твердые сплавы
ВК, WC-Co или вольфрамокобальтовые сплавы (однокарбидные) содержат карбид вольфрама и кобальт. Марки сплавов различаются по содержанию кобальта, технологии изготовления и размерам зерен WC (карбида вольфрама).
Для металлорежущего инструмента используют сплавы с содержанием кобальта 3-10%.
Преимущества вольфрамокобальтовые твердых сплавов:
- Наиболее высокая прочность на изгиб;
- Повышенная стойкость к образованию трещин;
- Высокая ударная вязкость;
- Способность выдерживать высокие температуры (теплостойкость 800 оС);
- Хорошие показатели при обработке чугунов, цветных металлов, жаропрочных сталей.
Чем выше в твердом сплаве содержание кобальта, тем выше будет прочность при поперечном изгибе и резании, и тем меньше твердость и износостойкость. Например, из сплава ВК3 делают инструмент для чистовой обработки на высокой скорости, а из сплава ВК8 создают инструмент для черновой обработки со сниженной скоростью резания. Таким образом, для грубой черновой обработки требуется режущий инструмент с большим содержанием кобальта и меньшим – карбидов.
Твердые сплавы мелко- и ультрамелкозернистой структуры применяют для производстве мелкоразмерного монолитного инструмента: концевые фрезы, сверла, метчиков и т.д.
Таблица вольфрамокобальтовых сплавов, характеристики и химический состав по ГОСТ 3882–74.
|
Марки |
Массовая доля основных |
Физико-механические свойства |
|||||
|
Карбид вольфрама |
Карбид титана |
Карбид тантала |
Кобальт |
Предел прочности при изгибе, МПа (кгс/мм2), не менее |
Плотность, (кг/м3) · 10–3 |
Твердость HRA, |
|
|
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 |
Титановольфрамовые твердые сплавы
ТК, TiWC или титановольфрамовые сплавы (двухкарбидные) состоят кобальта (4-10%), карбидов и сложного карбида TiWC (5-30%). Обозначение, например, Т5К10: в сплаве содержится 5% карбида титана и 10% кобальта. Из этих сплавов изготавливают инструмент для обработки деталей из конструкционных сталей.
Преимущества титановольфрамовых сплавов:
- Высокая стойкость к окислению;
- Высокая стойкость к температурам (теплостойкость 900 оС);
- Повышенная твердость;
- Сопротивление адгезионно-усталостному износу.
Чем больше в сплаве кобальта, тем выше его ударная вязкость, предел прочности на сжатие и изгиб, но ниже износостойкость и твердость.
При черновой обработке используйте инструмент с большим содержанием кобальта, при получистовой и чистовой – с меньшим.
Таблица титановольфрамовых сплавов, характеристики и химический состав по ГОСТ 3882–74.
|
Марки |
Массовая доля основных |
Физико-механические свойства |
|||||
|
Карбид вольфрама |
Карбид титана |
Карбид тантала |
Кобальт |
Предел прочности при изгибе, МПа (кгс/мм2), не менее |
Плотность, (кг/м3) · 10–3 |
Твердость HRA, |
|
|
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 |
Титанотанталовольфрамовые твердые сплавы
Сплавы ТТК или титанотанталовольфрамовые твердые сплавы (трехкарбидные) содержат кобальт, карбид вольфрама WC и сложный карбид (Ti, W, Ta). Содержание карбида тантала составляет 2-12%. Пример обозначения – ТТ7К2 (7% карбида тантала, 2% кобальта).
Преимущества титанотанталовольфрамовых сплавов:
- Увеличенная прочность на сжатие и изгиб;
- Высокая твердость;
- Повышенный предел усталости при циклической нагрузке;
- Стойкость к окислению;
- Высокая термостойкость.
Режущий инструмент из титанотанталовольфрамовых сплавов применяют для резания чугунов и сталей, прерывистого резания и фрезерования.
Таблица титанотанталовольфрамовых сплавов, характеристики и химический состав по ГОСТ 3882–74.
|
Марки |
Массовая доля основных |
Физико-механические свойства |
|||||
|
Карбид вольфрама |
Карбид титана |
Карбид тантала |
Кобальт |
Предел прочности при изгибе, МПа (кгс/мм2), не менее |
Плотность, (кг/м3) · 10–3 |
Твердость HRA, |
|
|
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 |
Безвольфрамовые твердые сплавы
БВТС, ТН или безвольфрамовые твердые сплавы содержат карбиды или карбидонитриды титана со связкой из никеля и молибдена.
Преимущества безвольфрамовых твердых сплавов:
- Повышенная твердость;
- Низкий коэффициент трения стали;
- Сниженная склонность к адгезии;
- Сниженный износ инструмента по передней поверхности
- Инструмент из БВТС при обработке создает поверхности с низкой шероховатостью.
Однако по сравнению с обычными твердыми сплавами, содержащими вольфрам, БТВС сплавы:
- обладают меньшей ударной вязкостью, теплопроводностью, упругостью;
- менее стойки к тепловым и ударным воздействиям, пластическим деформациям.
Металлорежущий инструмент из безвольфрамовых сплавов применяют для чистовой и получистовой обработки заготовок из легированных и углеродистых сталей.
Международные стандарты твердых сплавов
Согласно стандартам ISO твердые сплавы разделяют на 6 групп резания:
- P – углеродистые стали и термообработанные с твердостью до 43 HRC;
- M – нержавеющие стали;
- К – чугуны (за исключением отбеленных высокой твердости);
- S – жаропрочные и титановые сплавы;
- N – вязкие сплавы на базе меди и алюминия, пластики;
- H – материалы повышенной прочности (отбеленные чугуны, стали с твердостью выше 43 HRC, композиты и т.д.).
Твердые сплавы делятся на подгруппы применения. Чем выше индекс подгруппы, тем выше прочность, допустимая глубина резания и подача, однако меньше допустимая скорость резания и износостойкость инструмента.
Металлорежущий инструмент с малым индексом подгруппы применения используют для чистовых операций, а с большим индексом – для черновых. Однако границы подгрупп неоднозначны, поэтому некоторые твердосплавные инструменты могут эффективно работать в 2-3 подгруппах применения.
