0 руб
Оформить заказ5. МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ
Металлокерамические твердые сплавы представляют собой тугоплавкие металлические соединения большой твердости, сохраняющие свои режущие свойства при высоких (до 900–1000 °С) температурах. Изделия из твердых сплавов методами порошковой металлургии получаются путем прессования в пресс-формах и последующего спекания смеси порошков основного режущего материала и связки.
Основой твердого сплава служат карбиды вольфрама, титана, тантала, а также могут быть использованы карбиды, нитриды, бориды и силициды металлов IV, V и VI групп периодической системы Д. И. Менделеева (ванадий, хром, цирконий, ниобий, молибден, гафний). Соединения этих металлов с неметаллами отличаются высокой температурой плавления (2700–3800 °С), твердостью, жаропрочностью, износостойкостью.
В качестве связки для цементирования зерен основы в металлокерамических твердых сплавах используются кобальт, никель и сплав никеля с молибденом. Наиболее широко применяемой и оправдавшей себя в длительной эксплуатации связкой является кобальт.
Марки, химический состав и основные свойства трех групп твердых сплавов (вольфрамовых, титановольфрамовых и титанотанталовольфрамовых) регламентированы ГОСТ 3882–74. Характеристики этих сплавов приведены в табл. I.6.
В марках металлокерамических сплавов приняты следующие обозначения: для вольфрамовой группы — В — вольфрам, К — кобальт; цифра в конце указывает процентное содержание кобальта в сплаве; для титановольфрамовой группы — Т — титан, К — кобальт; цифры после букв обозначают соответственно процентное содержание в сплаве карбида титана и кобальта, остальное — карбид вольфрама; для титанотанталовольфрамовой группы — Т первое — титан, Т второе — тантал, К — кобальт; цифры после букв обозначают соответственно процентное содержание в сплаве карбидов титана и тантала (совместно) и кобальта, остальное — карбид вольфрама.
I.6. Характеристики твердых металлокерамических сплавов
(по ГОСТ 3882–74)
Марка | Содержание основных компонентов в смеси порошка, % |
, МПа, не менее |
Плотность, г/см3 |
HRA, не менее | |||
Карбид вольфрама | Карбид титана | Карбид тантала | Кобальт | ||||
ВК3
| 97 | – | – |
3 | 1176 |
15,0–15,3 |
89,5 |
ВК3-М
| 91,0 | ||||||
ВК4
| 96 | – | – |
4 | 1519 | 14,9–15,2 | 98,5 |
ВК4-В
| 1470 | 88,0 | |||||
ВК6
| 94 | – | – |
| 1519 | 14,6–15,0 | 88,5 |
ВК6-М
| 1421 | 14,8–15,1 | 90,0 |
Продолжение табл. I.6
Марка | Содержание основных компонентов в смеси порошка, % | , МПа, не менее |
Плотность, г/см3 |
HRA, не менее | |||
Карбид вольфрама | Карбид титана | Карбид тантала | Кобальт | ||||
ВК6-ОМ | 92 |
– | 2 |
6 | 1274 | 14,7–15,0 |
|
ВК6-В
|
94 |
– |
1666 |
14,6–15,0 |
87,5 | ||
ВК8
|
– |
8 |
1666 |
14,4–14,8 | |||
ВК8-В
|
|
1813 |
86,5 | ||||
ВК8-ВК
|
1764 |
14,5–14,8 |
87,5 | ||||
ВК10
|
90 |
|
– |
|
1764 |
14,2–14,6 |
87,0 |
ВК10-М
| 1617 |
14,3–14,6 | 88,0 | ||||
ВК10-ОМ | 88 | 2 | 1470 | 88,5 | |||
ВК10-КС |
|
|
|
|
| ||
ВК11-В
|
89 |
– |
– |
11 |
1960 |
14,1–14,4 |
86,0 |
ВК11-ВК
| 1862 | 87,0 | |||||
ВК15 | 85 | 15 | 1862 | 13,9–14,1 | 86,0 | ||
ВК20 |
80 |
20 | 2058 |
13,4–13,7 | 84,0 | ||
ВК20-КС | 2107 | 82,0 | |||||
ВК20-К | 1666 | 79,0 | |||||
ВК25 | 75 | 25 | 2156 | 12,9–13,2 | 82,0 | ||
Т30К4 | 66 | 30 |
| 4 | 980 | 9,5–9,8 | 92,0 |
Т15К6 | 79 | 15 | 6 | 1176 | 11,1–11,6 | 90,0 | |
Т14К8 | 78 | 14 |
| 8 | 1274 | 11,2–11,6 | 89,5 |
Т5К10 | 85 | 6 | 9 | 1421 | 12,4–13,1 | 88,5 | |
Т5К12
|
83 |
5 |
12 |
1666 |
13,1–13,5 |
87,0 | |
ТТ7К12
| 81 | 4 | 3 | 12 | 13,0–13,3 | ||
ТТ8К6 | 84 | 8 | 2 | 6 | 1323 | 12,8–13,3 | 90,5 |
ТТ10К8-Б
|
82 |
3 |
7 |
8 |
1617 |
13,5–13,8 |
89,0 |
ТТ20К9
| 71 | 8 | 12 | 9 | 1470 | 12,0–13,0 |
Дополнительные буквенные обозначения: М — мелкозернистая структура сплава в изделиях; ОМ — особо мелкозернистая структура сплава в изделиях; К — крупнозернистая структура сплава в изделиях, получаемая по специальной технологии; В — спекание сплава в атмосфере водорода.
Сравнение обозначений марок твердых сплавов по МС ИСО и ГОСТ приведено ниже.
МС ИСО ГОСТ 3882–74 МС ИСО ГОСТ 3882–74
Р01…………………..…...Т30К4 К20…………………ВК6, ВК4
Р10………………………..Т15К6 К30………………….ВК8, ВК4
Р20………………………..Т14К8 К40………………….ВК8, ВК15
Р25………………………..ТТ20К9 М05…………………ВК6-ОМ
Р30………………………..Т5К10, ТТ10К8-Б М10…………………ВК6-М, ТТ8К6
Р40………………………..Т5К12, ТТ7К12 М20…………………ТТ10К8-Б
Р50………………………..ТТ7К12 М30…………………ТТ10К8-Б, ВК10-ОМ,
К01………………………..ВК3, ВК3-М ВК10-М, ВК10-ОМ
К05………………………..ВК6-ОМ М40………………....ВК8, ТТ7К12,
К10………………………..АК6-М, ТТ8К6 ВК10-ОМ
Правила приемки твердосплавных изделий для обработки резанием должны соответствовать требованиям ГОСТ 20019–74.
Стойкость твердосплавного инструмента в 3–5 раз выше стойкости инструмента из быстрорежущих сталей (рис. I.2), что позволяет увеличить производительность обработки в 1,5–2,5 раза и более.
Удельный вес твердосплавного инструмента в общем объеме составляет свыше 30 %, а на передовых предприятиях для некоторых видов инструментов достигает 50–80 %.
Обобщенные рекомендации при применению твердых сплавов при обработке резанием приведены в табл. I.7.
Разработаны и проходят производственные испытания безвольфрамовые твердые сплавы; их составы и некоторые свойства приведены в табл. I.8 [51].
Институтом проблем материаловедения АН УССР разработаны карбидохромовые твердые сплавы, основной фазой которых является карбид хрома и связкой — никель: КХН10, КХН15, КХН20, КХН25, КХН30, КХН35, КХН40.
Цифры в маркировке указывают процентное содержание никеля, остальное — карбид хрома. Карбидохромовые твердые сплавы имеют плотность — 6,6–7,0 г/см3; твердость HRA — 80–90 %; прочность при изгибе — 392–690 МПа, сжатии — 2750–3440 МПа; коэффициент линейного расширения, a · 10-6 – 11,1 – 13,3.
Практически все безвольфрамовые (включая карбидохромовые) твердые сплавы, обладая достаточно высокой твердостью и теплостойкостью, отличаются высокой хрупкостью и по эксплуатационной надежности уступают вольфрамосодержащим сплавам. Применяются для чистового точения и растачивания цветных металлов, реже — для сталей в условиях жесткой системы СПИД.
Освоен выпуск твердосплавных пластин с покрытием. Материалом покрытия служит карбид титана или его нитрид, наносимые слоем толщиной 5–10 мкм на рабочие поверхности. Такой слой обладает высокой твердостью, большой прочностью на сжатие и адгезионной стойкостью. Это резко снижает интенсивность изнашивания инструментов (особенно в условиях преобладающего изнашивания передней поверхности) без изменения эксплуатационной прочности твердого сплава.
Стойкость таких инструментов, в частности резцов, увеличивается до 3–4 раз. При обработке легированных и труднообрабатываемых сталей применяется дополнительное покрытие нитридом (карбонитридом) титана.
Повышению прочностных характеристик твердого сплава способствует алмазное шлифование рабочих поверхностей пластин. По данным института сверхтвердых материалов АН УССР (ИСМ АНУССР), сопротивление изгибу и ударная вязкость при этом увеличиваются на 20–50 %.
В ИСМ АН УССР разработан также способ термической обработки твердых сплавов с целью повышения их прочностных характеристик (табл. I.9).
I.7. Назначение твердых сплавов при обработке резанием
Марка | Вид обработки | Обрабатываемые материалы |
ВК3
ВК3-М
ВК4
ВК6
ВК6М
ВК6-ОМ
ВК8
ВК10-М
ВК10-ОМ | Чистовое точение и растачивание, окончательное нарезание резьбы при отсутствии вибраций, равномерном охлаждении или без него То же
Получистовое и чистовое точение и растачивание нормальных и глубоких отверстий, чистовое фрезерование, зенкерование Черновое и получерновое точение и растачивание, предварительное нарезание резьбы, получистовое фрезерование, рассверливание и зенкерование отверстий Получистовое точение и растачивание, чистовое фрезерование
Чистовая и получистовая обработка в основном точением
Черновое точение при неравномерном сечении среза, прерывистом резании с ударами, черновое строгание и фрезерование, сверление, зенкерование, черновое нарезание резьбы, зубофрезерование Сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование, зубофрезерование мелкоразмерным и цельнотвердосплавным инструментом Черновая обработка точением, фрезерованием, сверлением, зенкерованием, зубофрезерование, изготовление цельнотвердосплавного инструмента | Серые и высокопрочные чугуны, цветные металлы и сплавы, подшипниковые железо- и медно-графитовые сплавы Твердые, легированные и отбеленные чугуны, цементированные и закаленные стали Серые и высокопрочные чугуны, цветные металлы и сплавы, титановые сплавы
Серые и высокопрочные чугуны, цветные сплавы, неметаллические материалы
Жаропрочные и нержавеющие стали аустенитного класса, твердые чугуны и бронзы, легкие сплавы Твердые, легированные и отбеленные чугуны, закаленные стали, нержавеющие, жаропрочные и высокопрочные сплавы, сплавы на основе вольфрама и молибдена Чугуны всех марок, кроме высоколегированных и отбеленных, нержавеющие, высокопрочные и жаропрочные стали и сплавы, титановые сплавы, цветные сплавы Некоторые марки труднообрабатываемых сталей, неметаллические материалы
Сплавы на основе титана, вольфрама, молибдена |
Продолжение табл. I.7
Марка | Вид обработки | Обрабатываемые материалы |
ВК15
Т30К4
Т15К6
Т14К8
Т5К10
Т5К12, ТТ7К12
ТТ10К8Б, ТТ8К6
ТТ20К9 | Все виды обработки
Тонкое точение и растачивание без вибраций в условиях жесткой системы СПИД без охлаждения или с равномерным охлаждением Получерновое и черновое точение, чистовое точение при прерывистом резании, нарезание резьбы резцами, фрезерование сплошных поверхностей, чистовое зенкерование Черновое точение и растачивание при неравномерном сечении среза, черновое фрезерование, зенкерование литых и кованых отверстий Черновое точение и растачивание при прерывистом резании, фасонное точение, отрезка резцами, черновое фрезерование прерывистых поверхностей Черновое точение, фрезерование и строгание поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами, песком, шлаковыми включениями Черновая и получистовая обработка точением и фрезерованием
Обработка при наличии тепловых и механических циклических нагрузок, например фрезерование глубоких пазов | Древесина, древесностружечные материалы Незакаленные и закаленные углеродистые и легированные стали
Углеродистые и легированные стали
То же
Углеродистые и легированные стали
То же
Труднообрабатываемые стали аустенитного класса, маломагнитные стали, жаропрочные сплавы, в том числе на основе титана Сталь, стальное литье
|
I.8. Состав и свойства безвольфрамовых твердых сплавов
Марка | Состав, % | Плотность, г/см3 | HRA | ||||||
TIC | TIN | (Ti, Nb) C | Ti (C, N) | Связка Ni, Ni, Mo | МПа | ||||
ТМ1 ТМ3 ТНМ20 ТНМ25 ТНМ30 КТНМ30А КТНМ30Б КНТ16
| – – 79 74 70 26 43 – | – – – – – 42 25 – | 90 64 – – – – – – | – – – – – – – 74
| 10 36 21 26 30 32 32 26 | 5,8 5,9 5,5 5,7 5,9 5,8 5,9 5,8 | 91,5 89 90 90 89 88 87,5 89 | 785 1177 1079 1275 1374 1471 1716 1079 | – – 3433 3384 3335 3237 3286 3826 |
I.9. Влияние термической обработки на предел прочности при изгибе, МПа,
и ударную вязкость, МДж/м2 [17]
Режим термической обработки | ВК6 | ВК8 | ВК25 | ВК8-В | ||||
|
|
|
|
|
|
|
| |
Исходное состояние
Закалка от 1000 °С в воде
Закалка от 1000 °С в масле, охлаждение при 40 °С
Закалка от 1200 °С в воде
Закалка от 1200 °С в масле Нагрев до 1200 °С, охлаждение на воздухе |
1780
1920/108
1900/107
1760/90
2000/112
1770/100
|
0,024
–
–
0,027/112
0,029/121
0,022/92
|
1870
1960/106
1860/100
2000/107
2080/111
– |
0,026
0,027/104
0,024/92
0,027/104
0,031/120
– |
1980
–
2260/114
–
2060/104
– |
0,041
–
0,052/127
–
0,044/108
–
|
2030
207/102
2110/104
2130/105
2360/116
–
|
0,028
0,029/103
0,032/114
0,030/107
0,036/128
– |
П р и м е ч а н и е. В числителе приведена абсолютная величина, в знаменателе — процент к исходному состоянию.
Эффективен разработанный в Ленинградском политехническом институте способ вибрационной поверхностной обработки твердых сплавов, позволяющий увеличить в ряде случаев эксплуатационную стойкость инструментов в 1,5 раза. Упрочняемые пластины помещаются в контейнер, колеблющийся с амплитудой 0,5–0,8 мм и частотой 25 Гц. Обработка проводится по схеме: абразивная обработка плавленым электрокорундом с последующим упрочнением твердосплавными шариками диаметром 8–12 мм в 5 %-ном водном растворе кальцинированной соды.
Твердые сплавы для обработки металлов резанием выпускаются в виде пластин, применяемых в основном для напайного инструмента. Такие пластины по ГОСТ 2209–69 обозначаются четырехзначными номерами, где первые две цифры указывают номер формы, две последние — порядковый номер изделия по размерам; правые и двусторонние изделия обозначаются четными, левые — нечетными номерами.
Твердосплавные пластины для режущего инструмента, закрепляемые механически, регламентируются ГОСТ 19042–80 (СТ СЭВ 555–77). Они классифицируются по форме (табл. I.10), наличию и величине заднего угла (табл. I.11), классу допуска (табл. I.12), конструктивным особенностям (табл. 1.13), размерам пластины, форме вершины, исполнению режущей кромки, направлению резания.
Технические условия на сменные многогранные твердосплавные пластины установлены ГОСТ 19086–80 (СТ СЭВ 202–75). Режущие пластины изготавливаются из твердых сплавов ВК3М, ВК6, ВК6-ОМ, ВК10-ОМ, ТТ20К9, ТТ7К12, ТТ8К6, Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4 по ГОСТ 3882–74. Предельные отклонения пластин приведены в табл. I.14.
I.10. Обозначение форм режущих пластин (по ГОСТ 19042–80)
Группа | Форма | Обозначение | ||
буквенное |
цифровое | |||
| Шестигранная | H | 11 | |
Восьмигранная | O | – | ||
Пятигранная | P | 10 | ||
Круглая | R | 12 | ||
Квадратная | S | 03 | ||
Трехгранная | T | 01 | ||
II. Равносторонние и неравноугольные | Ромбическая с углом | 80° | C | 04 |
55° | D | 13 | ||
75° | E | – | ||
86° | M | – | ||
35° | V | – | ||
Шестигранная с углом при вершине | 80° | W | 02 | |
III. Неравносторонние и равноугольные
| Прямоугольная | L | 09 | |
IV. Неравносторонние и неравноугольные
| Параллелограммная с углом при вершине* | 85° | A | – |
82° | B | – | ||
55° | K | 08 | ||
84° | F | 07 |
* Обозначается наименьший угол при вершине.
I.11. Обозначение заднего угла (по ГОСТ 19042–80)
Обозначение |
Величина заднего угла, …°
| Обозначение |
Величина заднего угла, …° | Обозначение |
Величина заднего угла, …° | |||
цифровое | буквенное | цифровое | буквенное | цифровое | буквенное | |||
A B C D | 7 8 2 6 | 3 5 7 15 | E F G | 4 5 9 | 20 25 30 | N P O* | 1 3 0 | 0 11 – |
* Обозначает задние углы, отличающиеся от указанных в данной таблице.
I.12. Обозначение класса допуска пластин (по ГОСТ 19042–80)
Буквенное | A | F | C | H | E | G | J | K | L | M | U |
Цифровое | – | – | 4 | – | 5 | 3 | – | – | – | 2 | 1 |
I.13. Обозначение конструктивных особенностей пластин (по ГОСТ 19042–80)
Обозначение |
Конструктивные особенности
| |
цифровое
| буквенное | |
1 | N | Без стружколомающих канавок и отверстия |
3 | A | Без стружколомающих канавок и с отверстием |
2 | R | С односторонними стружколомающими канавками и без отверстия |
4 | M | С односторонними стружколомающими канавками и с отверстием |
6 | F | С двусторонними стружколомающими канавками и без отверстия |
5 | G | С двусторонними стружколомающими канавками и с отверстием |
7 | X | С особенностями, требующими точного объяснения, чертежа или описания |
I.14. Предельные отклонения размеров, мм (по ГОСТ 19042–80)
Обозначение классов допусков | Контролируемые параметры | |||
цифровое | буквенное | Расстояние от вершины до вписанной окружности m | Толщина пластины s | Диаметр вписанной окружности d |
– | A | ±0,005* | ±0,025 | ±0,025 |
– | F | ±0,005* | ±0,025 | ±0,013 |
4 | C | ±0,013 | ±0,025 | ±0,025 |
– | H | ±0,013 | ±0,025 | ±0,013 |
5 | E | ±0,025 | ±0,025 | ±0,025 |
3 | G | ±0,025 | ±0,130 | ±0,025 |
– | J | ±0,005* | ±0,025 | От ±0,050 до ±0,130** |
– | K | ±0,013 | ±0,025 | От ±0,050 до ±0,130** |
– | L | ±0,025 | ±0,025 | От ±0,050 до ±0,130** |
2 | M | От ±0,08 до ±0,18** | ±0,130 | От ±0,050 до ±0,130** |
1 | U | От ±0,13 до ±0,38** | ±0,130 | От ±0,080 до ±0,250** |
* Предельные отклонения используются, как правило, у сменных пластин с шлифованными фасками.
** Предельные отклонения размеров m и d — в зависимости от диаметра вписанной окружности.