37 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Твердые сплавы состав свойства применение

Твердые сплавы

Твердые сплавы обладают высокой твердостью и износостойкостью, что определяет их применение в качестве материала для изготовления режущего и бурового инструмента, а также изделий с повышенными требованиями к износостойкости. На странице представлено описание данных сплавов: физические и механические свойства, области применения, марки твердых сплавов, виды продукции.

Основные сведения

Классификация

По способу изготовления выделяют два типа твердых сплавов:

  • спеченные;
  • литые.

Спеченные сплавы получают методами порошковой металлургии. Данный способ дает очень высокую точность изготовления получаемой продукции и обеспечивает высокие значения различных свойств. Изделия, произведенные методами порошковой металлургии, требуют минимальной механической обработки, поэтому они обрабатываются шлифованием или физико-химическими методами (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др.). Спеченные твердые сплавы иногда называют металлокерамическими, так как технология их производства сходна с технологией производства керамики. Сплавы данного типа наносят на инструмент с помощью пайки или механическим закреплением. Наиболее распространенными представителями указанной группы являются сплавы ВК (например, ВК6, ВК8), ТК и ТТК — твердые сплавы на основе карбида вольфрама.

Литые твердые сплавы получают методом литья. К данной группе относят стеллиты (хром, вольфрам, никель, углерод; основа — кобальт), сормайты (хром, никель, углерод; основа — железо), стеллитоподобные сплавы (основа — никель). Для наплавки их выпускают в виде литых стержней или прутков различного химического состава.

В соответствии с областью применения выделяют следующие группы твердых сплавов:

  • инструментальные сплавы, применяемые при обработке материалов резанием, давлением или штамповкой, при бурении горных пород и так далее;
  • конструкционные сплавы, служащие для изготовления износостойких деталей машин, механизмов и приборов, в том числе и с особыми свойствами — высокой плотностью, большим временным сопротивлением и значительным модулем упругости;
  • жаропрочные и жаростойкие сплавы.
    Также можно выделить две большие группы твердых сплавов:
  • вольфрамосодержащие;
  • безвольфрамовые.
    Основой всех вольфрамсодержащих сплавов является карбид вольфрама. Также в составе обязательно присутствует металл-связка, в качестве которого выступает кобальт, никель или смесь никеля с молибденом. Помимо карбида вольфрама такие сплавы могут содержать карбиды титана и тантала.

    В безвольфрамовых твердых сплавах карбид вольфрама заменяется либо на какой-либо другой твердый материал, например, нитрид, борид, силицид, либо на карбид иного тугоплавкого металла, например, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена.

    Свойства твердых сплавов

    Основным практически полезными свойствами сплавов данной категории являются высокая твердость, износостойкость и прочность. В некоторых случаях важную роль играет жаропрочность и жаростойкость, а также тугоплавкость.

    Свойства сплавов изменяются в зависимости от группы, к которой относится тот или иной твердый сплав. Для сплавов ВК большую роль играет размер зерна карбида вольфрама. С уменьшением размера зерна возрастает твердость, но уменьшается прочность при изгибе и вязкость сплава (при одинаковом процентном соотношении карбида вольфрама и кобальта) и наоборот соответственно. Сплавы группы ТК, легированные карбидом титана, обладают лучшей стойкостью против окисления, более высокой твердостью и жаропрочностью по сравнению с группой ВК. Однако, имеют более низкую вязкость, прочность при изгибе, а также тепло- и электропроводность. Одновременное добавление карбидов тантала и титана (группа ТТК) увеличивает прочность сплавов при изгибе по сравнению с группой ТК.

    Технологические свойства сплава, а именно, его высокая пластичность позволяют без проблем обрабатывать монель давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Также обладает хорошей свариваемостью. А вот механическую обработку необходимо осуществлять с низкой скоростью резания и подачей вследствие быстрого нагартовывания материала.

    МаркаПлотность, г/см 3σИ, МПа, не менееHRA, не менее
    ВК614,6-15,0150088,5
    ВК814,4-14,8160087,5
    ВК1014,2-14,6165087,0
    Т30К49,5-9,895092,0
    Т15К611,1-11,6115090,0
    Т5К1213,1-13,5165087,0
    ТТ7К1213,0-13,3165087,0
    ТТ8К612,8-13,3125090,5
    ТТ20К912,0-13,0130089,0
    ТН205,5-6,0110090
    КНТ165,6-6,2135089,0

    Марки твердых сплавов

    Среди вольфрамсодержащих твердых сплавов наиболее распространенными марками являются ВК — сплавы на основе карбида вольфрама с кобальтом в качестве металла-связки, ТК — сплавы на основе карбида вольфрама с кобальтом в качестве металла-связки и добавлением карбида титана, ТТК — то же, что и ТК плюс карбид тантала.

    В общем случае марки вольфрамсодержащих твердых сплавов формируются следующим образом: буква В — карбид вольфрама (WC), Т — карбид титана (TiC), ТТ — карбиды титана и тантала (TaC), КНТ — карбонитрид титана, К — кобальт (Co), Н — никель (Ni); цифры после букв — содержание этих веществ в процентах, а для букв ТТ — сумму содержания карбидов титана и тантала; содержание карбида вольфрама не указывается, оно определяется по разности.

    В безвольфрамовых сплавах в качестве связующего металла используют никель в смеси с 20- 25% молибдена.

    Химический состав некоторых марок приведен в таблице.

    МаркаСостав, %
    WCTiCTaCCo
    ВК6946
    ВК8928
    ВК109010
    Т30К466304
    Т15К679156
    Т5К1283512
    ТТ7К12814312
    ТТ8К684826
    ТТ20К9718129
    ТН2080(Ni+Mo) — 20
    КНТ1684 — Ti(C,N)(Ni+Mo) — 20

    Достоинства / недостатки

      Достоинства:
    • обладают высокой твердостью и износостойкостью;
    • имеет достаточно высокие прочностные характеристики;
    • имеют хорошие показатели жаропрочности и жаростойкости;
    • являются тугоплавкими материалами.
      Недостатки:
    • карбид вольфрама, являющийся основой большинства твердых сплавов, имеет высокую стоимость;
    • по сравнению с быстрорежущими сталями имеют меньшую вязкость и достаточно чувствительны к ударным нагрузкам.

    Области применения

    Спеченные твердые сплавы широко применяются для обработки материалов резанием, для оснащения горного инструмента, быстроизнашивающихся деталей машин, узлов штампов, инструмента для волочения, калибровки, прессования и так далее. В качестве примера самых распространенных изделий из твердых сплавов можно привести резцы и буровые головки. Инструмент, полностью изготовленный из твердого сплава, очень дорог, поэтому из него изготовляют лишь режущую или изнашиваемую часть. Державки же инструмента изготовляют из обычной конструкционной или инструментальной стали.

    Литые твердые сплавы применяются значительно реже по сравнению со спеченными. Они получили распространение при производстве фильер и некоторых буровых инструментов.

    Продукция из твердых сплавов

    телефоны:
    8 (800) 200-52-75
    (495) 366-00-24
    (495) 504-95-54
    (495) 642-41-95

    Твердые сплавы

    К твердым сплавам относится отдельная группа соединений, которые способны сохранять свои свойства при достаточно высоких температурах, длительном механическом воздействии на другие материалы. Даже при достижении температуры в 1150 °C твердый сплав сохраняет все физические и механические свойства. Они изготавливаются из тугоплавких металлов, обладающих повышенной твердостью.

    Характерные особенности и маркировка

    Характерной особенностью получения подобных соединений является применение специфических технологических процессов. Таким процессом является специальное прессование. Он осуществляется тщательным перемешиванием металлических порошков с добавлением порошкового кобальта. Затем производится процесс так называемого термического спекания.

    Применяют высокотемпературное сплавление специальной шихты. Такая шихта состоит из большого числа компонентов. В нее входят: вольфрам, кобальт, битое стекло, кокс, легирующие добавки, например, хром.

    Для идентификации всего многообразия таких соединений, ГОСТ установлена следующая маркировка твердых сплавов. Марки твердых сплавов состоят из заглавных букв русского алфавита и набора цифр. Каждая буква несет свою смысловую нагрузку.

    В качестве примера можно привести следующие марки:

    • ВК2 – первая буква «В» указывает на наличие в составе вольфрама, вторая определяет наличие кобальта. Цифра указывает на процентное содержание каждого металла. В нашем случае это 2% приходится на кобальт, основу составляет вольфрам. Его содержание достигает 98%;
    • ВК6М – это также вольфрамокобальтовый твердый слав. Шестерка означает процент имеющегося кобальта. Остальные 94 процента – это вольфрам. «М» конкретизирует область применения. Она указывает на применение данного материала при производстве инструмента для обработки металлов, которые трудно, практически невозможно обработать (например, нержавеющая сталь).
    • Сплав ВК8 имеет состав: 92% стали, 8% вольфрама.
    • Т5К10 – такая маркировка указывает — этот образец включает три элемента: вольфрам, титан, кобальт. В нем содержится: вольфрама – 85%, титана – 5%, кобальта -10%.
    • Т14К8 – имеет такой же состав элементов. Но отличается их процентное содержание: вольфрам – составляет 78%, титан -14%, кобальт – 8%.
    • ТТ7К12 – в его состав входят четыре основных металла: вольфрам, титан, тантал, кобальт. Вольфрам – 81%, кобальт – 12%, остальное приходится на сплав двух оставшихся металлов.
    • Современные технологии позволили разработать уникальные соединения с добавлением таких элементов, как никель и молибден. Например, КТС-1 или ТН-20.

    Твердый сплав ВК8

    Международная классификация ИСО все отечественные сплавы, зарубежные аналоги разделила на области применения. Эта классификация обозначается буквами латинского алфавита, которые указывают на обрабатываемый материал:

    • Н – используются для закаленной стали;
    • К – для всех видов чугуна;
    • М – применяется для нержавеющей стали;
    • N –используется для металлов, относящихся к категории цветных металлов или их соединений;
    • P –отдельной категории отливок, у которых формируется так называемая сливная стружка;
    • S – для металлов и соединений с повышенными жаропрочными характеристиками.

    Классификация

    Многообразие подобных материалов требует четкого разделения по характерным особенностям. Классификация твердых сплавов производится по таким признакам:

    • составу химических элементов (наименованию, процентному содержанию);
    • по технологии производства;
    • области применения.

    По присутствующим химическим элементам их делят на следующие категории:

    • вольфрамокобальтовые (маркировка ВК);
    • титановольфрамокобальтовые (ТК);
    • титанотанталовольфрамокобальтовые (ТТК).

    По применяемым технологиям получения разделяют на: спекаемые, литые, порошкообразные. Спекаемые, состоят из карбидов. Делятся на три группы:

    • однокарбидные (карбид вольфрама);
    • двухкарбидные (включающие карбиды двух металлов: титана и вольфрама);
    • трехкарбидные (сваренные из трех элементов).

    По процентному содержанию каждого элемента их делят на следующие группы.

    К первой относятся материалы, состоящие из карбида вольфрама и кобальт. Они имеют обозначения ВК. К этой многочисленной группе относятся сплав: ВК4, ВК3М, ВК6М. очень популярным является твердый сплав ВК8 и ВК3. Расшифровывается ВК3 так же, как и все вольфрамовые сплавы.

    Вторая объединяет титановольфрамовые сплавы. Имеет аббревиатуру ТК. К ней относятся: Т5К10, Т14К8.

    Третья включает все титанотанталовольфрамовые сплавы. Обозначают ТТК. Например, ТТ7К12 и другие.

    Четвертая, объединяет материалы, у которых имеется износостойкое покрытие. Они обозначаются аббревиатурой ВП. В нее входят: ВП3115, ВП3325. В основу каждого из них заложена основа известного сплава. Например, у ВПЗ115 основа – ВК6.

    Вольфрамосодержащие твердые сплавы

    Их маркируют следующим образом — ВК6, ВКЗМ, ВК6М, ВК8. Основной областью применения является изготовление режущего инструмента. Сплав ВК8 применяется для изготовления резцов.

    Комплект наконечников ВК6

    Он позволяет обрабатывать чугун. Используют для производства инструмента, способного осуществлять так называемую безстружковую обработку материалов.

    Титановольфрамосодержащие твердые сплавы

    Из марок Т5К10, Т14К8, Т15К6 изготавливают инструмент для высокоскоростной обработки различных видов стали. С их помощью обрабатывают металлы, различные соединения с повышенными показателями твердости и теплостойкости.

    Самым характерным примером подобного инструмента являются различного рода резцы и буровые колонки.

    Характеристики твердых сплавов

    Характеристики определяют их свойства и область применения. К ним относятся:

    • наименование и процентное содержание химических элементов;
    • физические и механические свойства;
    • особенности технологических процессов получения;

    Химический состав, процентное содержание основных элементов определяется по таблицам ГОСТ.

    Производство твердых сплавов

    К физико — механическим характеристикам относятся:

    • допустимая прочность, которая проверяется при помощи изгиба (изменяется от 1200МПа ВК2, до 2150 МПа для сплава ВК25);
    • твердость (возрастает от 89,5HRA — ВК3, достигает величины 91 HRA — ТТ20К9);
    • плотность (этот показатель колеблется от 14,9г/см 3 до 15,2г/см 3 );
    • реализуемая теплопроводность — около 51 Вт/(м×°С);
    • жаропрочность;
    • коррозийная стойкость.

    Приведенный перечень характеристик позволяет определить область использования.

    Области применения

    Из них изготавливают оснастку к металлорежущим станкам, бурильному оборудованию.

    Перечень основных направлений использования выглядит следующим образом:

    • изготавливают сверла, фрезы, резцы и другой инструмент металлорежущий инструмент;
    • отдельные детали мерительного инструмента;
    • изготовление специальных клейм, различных штампов;
    • инструментов для вырубки;
    • отдельных элементов станков для волочения и проката;
    • инструменты для горнодобывающей техники;
    • элементы износостойких подшипников;
    • напыление на стальные корпуса подшипников;
    • оборудование для рудообогатитегтных фабрик;
    • напыление на поверхности деталей из более мягких материалов. Это позволяет значительно улучшить твердость, жаропрочность, коррозийную стойкость.

    Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

    Твердый сплав. Марки, характеристики, применение. Твердосплавный инструмент

    Твердые металлы и сплавы представляют собой износостойкие материалы, способные сохранять свои характеристики при повышенных температурах (900-1100 градусов). Они известны человеку более ста лет.

    Общая характеристика

    Твердые сплавы изготавливаются преимущественно на основе хрома, тантала, титана, вольфрама с добавлением различного количества никеля или кобальта. При производстве используются прочные карбиды, не подверженные разложению и растворению при высокой температуре. Твердый сплав может быть литым или спеченным. Карбиды отличаются хрупкостью. В этой связи для формирования твердого материала их зерна связывают подходящими металлами. В качестве последних выступают железо, кобальт, никель.

    Литые соединения

    Твердосплавный инструмент, полученный указанным способом, отличается высокой сопротивляемостью к истиранию материалом заготовки и сходящей стружки. Они не теряют своих характеристик при температуре нагрева от 750 до 1100 градусов. Установлено, что изделиями, произведенными путем плавки или литья с добавлением килограмма вольфрама, можно обработать в пять раз больше материала, чем предметами из быстрорежущей стали при таком же содержании W. Одним из недостатков таких соединений выступает их хрупкость. При уменьшении в составе доли кобальта она повышается. Скорость, которой обладают твердосплавные резцы, в 3-4 раза превышает показатели для стали.

    Спеченные материалы

    Они включают в себя металлоподобное соединение, связанное сплавом или металлом. В качестве основы, как правило, используется карбид (сложный в том числе) титана или вольфрама, а также тантала, карбонид титана. Реже при изготовлении применяют бориды. Матрицей для удержания зерен материала выступает связка — сплав или металл. Как правило, ею является кобальт. Это нейтральный по отношению к углероду элемент. Кобальт не образует собственные карбиды и не разрушает другие. Реже в связке используется никель и его соединение с молибденом.

    Сравнительная характеристика

    Спеченные материалы получают порошковым методом. Обработка твердых сплавов этого типа осуществляется только шлифованием либо физико-химическими способами (лазером, травлением в кислотах, ультразвуком и прочими). Литые изделия подвергаются закалке, отжигу, старению и так далее. Они предназначены для наплавки на инструмент. Порошковые материалы прикрепляют посредством пайки или механическим способом.

    Классификация

    Она зависит от содержания карбидов кобальта, тантала, вольфрама и титана. В этой связи рассматриваемые материалы разделяются на три группы. При обозначении марок соединений используют буквы:

    1. Карбид вольфрама — «В».
    2. Кобальт — «К».
    3. Карбид титана — первая «Т».
    4. Карбид тантала — вторая «Т».

    Цифры, указанные после букв, обозначают приблизительное процентное содержание компонентов. Остальное в соединении (до 100 %) — карбид вольфрама. Указанные в конце буквы обозначают зернистость структуры: «В» — крупная, «М» — мелкая, «ОМ» — особо мелкая. Промышленность выпускает твердые сплавы марок ВК (вольфрамовые), ТТК (титанотанталовольфрамовые) и ТК (титановольфрамовые).

    Отличительные признаки

    Основные свойства твердых сплавов заключаются в их высокой прочности, износостойкости. При этом рассматриваемые материалы отличаются меньшей вязкостью и теплопроводностью в сравнении со сталью. Это необходимо учитывать при эксплуатации изделий. Выбирая твердый сплав, необходимо придерживаться ряда рекомендаций:

    1. Вольфрамовые изделия в сравнении с титановольфрамовыми отличаются меньшей температурой свариваемости со сталью. В этой связи их используют для работы с чугуном, цветными металлами и неметаллическими материалами.
    2. Для стали целесообразно использовать соединения группы ТК.
    3. Твердый сплав марки ТТК обладает повышенной вязкостью и точностью. Его применяют для работы со стальными поковками, отливками в неблагоприятных условиях.
    4. Чистовое и тонкое точение с небольшим сечением стружки обеспечивают борфрезы твердосплавные с мелкозернистой структурой и меньшим содержанием кобальта.
    5. При неблагоприятных условиях и черновой работе с материалами с ударной нагрузкой целесообразно использовать соединения с высоким содержанием кобальта. При этом они должны обладать крупнозернистой структурой.
    6. Чистовая и черновая обработка в процессе непрерывного резания осуществляются преимущественно соединениями со средним процентным содержанием кобальта.

    Порошкообразные материалы

    Они представлены двумя группами: содержащие и не содержащие вольфрам. В первом случае твердый сплав представлен в виде смеси технического порошкообразного W и ферровольфрама с науглероживающими компонентами. Изготавливался он еще в СССР. Называется этот твердый сплав «вокар». Процесс изготовления материала следующий:

    1. Высокопроцентный ферровольфрам и технический порошкообразный W смешиваются с молотым коксом, сажей и прочими аналогичными компонентами.
    2. Полученная масса замешивается на сахарной патоке или смоле в густую пасту.
    3. Из смеси прессуются брикеты, которые слегка обжигаются. Это необходимо для удаления летучих соединений.
    4. Брикеты после обжига размалываются и просеиваются.

    Готовый материал, таким образом, имеет вид хрупких черных крупинок. Их величина — 1-3 мм. Отличительной особенностью таких материалов выступает их большой насыпной вес.

    Сталинит

    Этот твердый сплав не содержит вольфрама, что обуславливает его низкую стоимость. Он также был изобретен в советские годы и достаточно широко используется в промышленности. Как показала практика, несмотря на то что этот твердый сплав не содержит вольфрама, он обладает высокими механическими характеристиками, в большинстве случаев удовлетворяющими технические требования. Сталинит обладает значительными преимуществами перед вольфрамовыми материалами. В первую очередь это низкая (1300-1350 градусов) температура плавления. Вольфрамовые материалы подвергаются изменениям, только начиная с 2700 градусов. Температура плавления в 1300-1350 градусов значительно облегчает наплавку, повышает ее производительность. В качестве основы сталинита используется смесь дешевых порошкообразных ферросплавов, ферромарганца и феррохрома. Изготовление этого материала аналогично процессу производства вольфрамовых соединений. В сталините присутствует 16-20% хрома, 13-17% марганца.

    Применение

    В современной промышленности твердые сплавы получили широкое распространение. При этом материалы постоянно совершенствуются. Развитие этого производственного сектора осуществляется в двух направлениях. В первую очередь улучшаются составы сплавов, совершенствуется технология их изготовления. Кроме этого, внедряются инновационные способы нанесения соединений на изделия. Твердосплавный инструмент способствует существенному повышению производительности труда. Это обеспечивается высокой сопротивляемостью износа и теплостойкостью изделий. Подобные характеристики позволяют осуществлять работу на скоростях, в 3-5 раз превышающих показатели для стали. Такими достоинствами, например, обладают современные борфрезы. Твердосплавные материалы, изготавливаемые с применением передовых технологий (электрохимических и электрофизических способов), в том числе с использованием алмазных заготовок, являются сегодня одними из самых востребованных в промышленности.

    Разработки

    Сегодня в отечественной промышленности проводятся различные исследования, включающие глубокий анализ возможности повышения характеристик твердых сплавов. Главным образом они касаются гранулометрического и химического состава материалов.

    В качестве довольно удачного примера за последние несколько лет можно привести соединения группы ТСН. Такие сплавы специально разработаны для узлов трения, работающих в агрессивной кислотной среде. Эта группа продолжает разработки новых соединений в группе ВН, предложенных Всероссийским НИИТС.

    При проведении исследований было установлено, что при уменьшении размера зерна карбидной фазы значительно повышаются такие характеристики, как прочность и твердость сплавов. Использование технологий регулирования и плазменного восстановления гранулометрического состава на сегодняшний день позволяют выпускать материалы, величина фракции в которых менее микрона. Сплавы марки ТСН сегодня широко используются в производстве узлов нефтегазовых и химических насосов.

    Российская промышленность

    Одним из передовых предприятий, занятых в сфере производства и научных разработок, выступает Кировоградский завод твердых сплавов. КЗТС обладает обширным собственным опытом по внедрению инновационных технологий в производство. Это позволяет ему занимать первые позиции на промышленном рынке России. Предприятие специализируется на выпуске спеченных твердосплавных инструментов и изделий, металлических порошков. Выпуск налажен с января 1942 года. В конце 90-х годов на предприятии была проведена модернизация. В течение последних нескольких лет Кировоградский завод твердых сплавов направляет свою деятельность на выпуск усовершенствованных многогранных сменных пластин с износостойкими многослойными покрытиями. Предприятие занимается также разработкой новых безвольфрамовых составов.

    Заключение

    Положительный опыт многих промышленных предприятий позволяет предположить, что в ближайшее время безвольфрамовые сплавы не только станут еще более популярными, но и смогут заменить другие материалы, используемые для производства штамповой и режущей продукции, элементов машин, осуществляющих работу в тяжелых условиях, приспособлений и оснастки. Сегодня уже создана целая группа соединений на основе карбонитрида и карбида титана. Они применяются во многих производственных сферах. Широко распространены, в частности, твердые сплавы ТВ4, ЛЦК20, КТН16, ТН50, ТН20. К новым разработкам относят материалы групп тантала TaC, ниобия NbC, гафния HfC, титана TiC. Выпуск инструментов с применением этих сплавов позволяет заменить вольфрам относительно дешевыми добавками, расширив, таким образом, номенклатуру используемого сырья. Это, в свою очередь, обеспечивает выпуск изделий, обладающих специфическими свойствами, более высокими эксплуатационными характеристиками.

    Твердые сплавы

    Твердые сплавы – твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900—1150 °C. В основном изготовляются из высокотвердых и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома, связанных кобальтовой металлической связкой, при различном содержании кобальта или никеля.

    Типы твёрдых сплавов

    Различают спечённые и литые твёрдые сплавы. Главной особенностью спеченных твердых сплавов является то, что изделия из них получают методами порошковой металлургии и они поддаются только обработке шлифованием или физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др) так же отлично обрабатываются электро-физическим методом электроэрозии.

    Литые твердые сплавы предназначены для наплавки на оснащаемый инструмент и проходят не только механическую, но часто и термическую обработку (закалка, отжиг, старение и др).

    Порошковые твердые сплавы закрепляются на оснащаемом инструменте методами пайки или механическим закреплением.

    Твердые сплавы различают по металлам карбидов, в них присутствующих:

    • вольфрамовые — ВК2, ВК3,ВК3М, ВК4В, ВК6М, ВК6, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25;
    • титано-вольфрамовые — Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В;
    • титано-тантало-вольфрамовые — ТТ7К12, ТТ10К8Б.

    По химическому составу твердые сплавы классифицируют:

    • вольфрамокобальтовые твердые сплавы (ВК);
    • титановольфрамокобальтовые твердые сплавы (ТК);
    • титанотанталовольфрамокобальтовые твердые сплавы (ТТК).

    Спечённые твёрдые сплавы

    Твердые сплавы изготавливают путем спекания смеси порошков карбидов и кобальта. Порошки предварительно изготавливают методом химического восстановления (1-10 мкм), смешивают в соответствующем соотношении и прессуют под давлением 200—300 кгс/см², а затем спекают в формах, соответствующих размерам готовых пластин, при температуре 1400—1500 °C, в защитной атмосфере. Термической обработке твердые сплавы не подвергаются, так как сразу же после изготовления обладают требуемым комплексом основных свойств.

    Номенклатура спеченных твердых сплавов

    Твердые сплавы условно можно разделить на три основные группы:

    • вольфрамосодержащие твердые сплавы
    • титановольфрамосодержащие твердые сплавы
    • титанотанталовольфрамовые твердые сплавы

    Каждая из вышеперечисленных групп твердых сплавов подразделяется в свою очередь на марки, различающиеся между собой по химическому составу, физико-механическим и эксплуатационным свойствам.

    Некоторые марки сплава, имея одинаковый химический состав, отличаются размером зерен карбидных составляющих, что определяет различие их физико-механических и эксплуатационных свойств, а отсюда и областей применения.

    Свойства марок твердых сплавов рассчитаны таким образом, чтобы выпускаемый ассортимент мог в максимальной степени удовлетворить потребности современного производства. При выборе марки сплава следует учитывать: область применения сплава, характер требовании, предъявляемых к точности обрабатываемых поверхностей, состояние оборудования и его кинематические и динамические данные.

    Обозначения марок сплавов построено по следующему принципу:

    • 1 группа — сплавы содержащие карбид вольфрама и кобальт. Обозначаются буквами ВК, после которых цифрами указывается процентное содержание в сплаве кобальта. К этой группе относятся следующие марки: ВКЗ, ВКЗМ, ВК6, ВК6М, ВК6ОМ, ВК6КС, ВК6В, ВК8, ВК8ВК, ВК8В, ВК10КС, ВК15, ВК20, ВК20КС, ВК10ХОМ, ВК4В.
    • 2 группа — титановольфрамовые сплавы, имеющие в своём составе карбид титана, карбид вольфрама и кобальт. Обозначается буквами ТК, при этом цифра, стоящая после букв Т обозначает % содержание карбидов титана, а после буквы К — содержание кобальта. К этой группе относятся следующие марки: Т5К10, Т14К8, Т15К6, ТЗ0К4.
    • 3 группа — титанотанталовольфрамовые сплавы, имеющие в своём составе карбид титана, тантала и вольфрама, а также кобальт и обозначаются буквами ТТК, при этом цифра, стоящая после ТТ % содержание карбидов титана и тантала, а после буквы К — содержание кобальта. К этой группе относятся следующие марки: ТТ7К12, ТТ20К9.
    • 4 группа — сплавы с износостойкими покрытиями. Имеют буквенное обозначение ВП. К этой группе относятся следующие марки: ВП3115 (основа ВК6), ВП3325 (основа ВК8), ВП1255 (основа ТТ7К12).

    Твердые сплавы применяемые для обработки металлов резанием: ВК6, ВКЗМ, ВК6М, ВК60М, ВК8, ВК10ХОМ, ТЗОК4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, ТТ7К12, ТТ20К9.

    Твердые сплавы применяемые для бесстружковой обработки металлов и древесины, быстроизнашивающихся деталей машин, приборов и приспособлений: ВКЗ, ВКЗМ, ВК6, ВК6М, ВК8, ВК15, ВК20, ВК10КС. ВК20КС.

    Твердые сплавы применяемые для оснащения горного инструмента: ВК6В, ВК4В, ВК8ВК, ВК8, ВК10КС, ВК8В,ВК11ВК,ВК15.

    Марка
    сплава
    WC %TiC %TaC %Co %Прочность на изгиб (σ),
    МПа
    Твёрдость,
    HRA
    Плотность (ρ),
    г/см3
    Теплопроводность (λ),
    Вт/(м·°С)
    Модуль Юнга (Е),
    ГПа
    ВК2982120091,515,151645
    ВК3973120089,515,350,2643
    ВК3-М97315509115,350,2638
    ВК4964150089,514,9-15,250,3637,5
    ВК4-В96415508815,250,7628
    ВК6946155088,51562,8633
    ВК6-М94614509015,167632
    ВК6-ОМ9226130090,51569632
    ВК8928170087,514,850,2598
    ВК8-В92817508914,850,4598,5
    ВК10901018008714,667574
    ВК10-ОМ9010150088,514,670574
    ВК15851519008614,174559
    ВК208020200084,513,881546
    ВК25752521508313,183540
    ВК307030240081,512,785533
    Т5К108569145088,513,120,9549
    Т5К128351217008713,521549,3
    Т14К878148130089,511,616,7520
    Т15К67915612009011,512,6522
    Т30К4663041000929,812,57422
    ТТ7К1281431217008713,3
    ТТ8К684826135090,513,3
    ТТ10К8-Б8237816508913,8
    ТТ20К9679,414,19,515009112,5
    ТН-2079(Ni15%)(Mo6%)100089,55,8
    ТН-3069(Ni23%)(Mo29%)110088,56
    ТН-5061(Ni29%)(Mo10%)1150876,2

    Иностранные производители твердого сплава, как правило, используют каждый свои марки сплавов и обозначения.

    Твердые сплавы: их свойства и характеристики

    К твердым сплавам относят отдельную группу чрезвычайно износостойких металлических соединений, которые сохраняют свои физические и рабочие характеристики при интенсивном механическом и термическом воздействии. Твердые стали производятся из твердых тугоплавких титановых, вольфрамовых, хромистых, танталовых соединений. Связующим звеном является кобальт, железоникелевые составляющие.

    Основные характеристики

    К основным характеристикам, определяющим свойства сталей и их назначение, относятся:

    • процентное значение входящих в состав химических элементов (определяется в соответствии с ГОСТ);
    • физико-механические свойства (допустимая прочность на изгиб, твердость, плотность, теплопроводные параметры, коррозийная устойчивость, жаропрочность);
    • технология изготовления (литые или спеченные составы).

    Карбиды, используемые в производстве, не подвергаются растворению и разрушению при чрезмерных температурах. Но они хрупки, поэтому, для формирования необходимого уровня твердости изделия, их связывают другими металлами.

    Классификация

    1. По составу
      • Вольфрамокобальтовые (ВК) – марки ВК3М, ВК3, ВК8, ВК6М и др.
        Внутри группы марки отличаются разным процентом кобальта, типом производства, величиной зерна карбида вольфрама (мелкозернистая и крупнозернистая структура). Для режущих инструментов подходят марки с процентным содержанием кобальта до 12%. При повышении процента кобальта устойчивость состава при резании понижается, но увеличивается его эксплуатационная прочность. Инструменты, изготовленные из сталей данной группы, используются для работы с чугунными, конструкционными сталями, хрупкими материалами при ударной обработке, прерывистом технологическом цикле, в процессе которого температура в зоне резки не поднимается до значительных уровней.
      • Титановольфрамокобальтовые (ТК) – марки Т14К8, Т5К10 и др.
        В химический состав этого типа твердых сплавов входят следующие компоненты: карбид титана, вольфрама и кобальт в виде связующего звена. Если сравнивать данные сплавы с марками ВК, можно отметить у них высокие показатели твердости и жаропрочности, устойчивости к окислению, но они менее упруги, электро- и теплопроводность материалов ниже. Предназначаются для работы с металлами, которые эксплуатируются при более интенсивных скоростях резки.
      • Титанотанталовольфрамокобальтовые (ТТК) – ТТ8К6, ТТ7К12, ТТ10К8Б и др.
        Добавление в структуру тантала значительно улучшает эксплуатационные возможности получаемых сплавов, повышая их устойчивость к высоким температурным воздействиям и увеличивая прочность. Они используются для резки тяжело обрабатываемых материалов, когда инструмент в процессе работы подвергается серьезной нагрузке.
      • Безвольфрамовые (БВТС) – КНТ16, ТН20 и др.
        Изготавливаются без использования вольфрама и кобальта, на базе титановых соединений, с добавлением никеля и молибдена в качестве связующих элементов. По твердости данные составы аналогичны маркам вольфрамовой группы, они почти не окисляются, а по упругости и прочности им уступают. Подходят для оборудования, которое работает при прерывистом резании.
    2. По технологии получения
      • Литые стали – изготавливаются по классической технологии литья, с последующей механической и термической обработкой.
      • Спекаемые составы (однокарбидные, двухкарбидные, трехкарбидные) – производятся методами порошковой металлургии, с дальнейшей шлифовкой, лазерной, ультразвуковой, химической обработкой.
    3. По области применения
      • Инструментальные – используются для резания, штамповки, давления, бурения обрабатываемых материалов.
      • Конструкционные – применяются для производства деталей, к которым предъявляются высокие требования износоустойчивости, сопротивления большим нагрузкам.
      • Жаростойкие и жаропрочные – подходят для инструментария, подвергающегося в процессе эксплуатации температурным воздействиям.
    4. По группе резки материалов
      • Группа P – для материалов, образующих сливную стружку.
      • Группа K – для резки чугуна, цветных металлов, твердых материалов, образующих элементную и стружку надлома.
      • Группа M – для обработки нержавейки, жаропрочных и титановых материалов, образующих сливную и стружку надлома.

    Свойства твердых сплавов

    Важнейшие свойства твердых сталей – это прочность, износоустойчивость, твердость. Кроме того, практическую роль играют тугоплавкость, жаростойкие и жаропрочные параметры.

    Свойства различаются в зависимости от группы, в которую входит сплав, и его марки. Добавление в структуру элементов с нужными свойствами позволяет создавать материал с заданными рабочими параметрами.

    Достоинства и недостатки твердых сплавов

    Преимущества:

    • Высокая прочностные, износостойкие характеристики и твердость;
    • Отличные параметры жаростойкости и жаропрочности;
    • Тугоплавкость.

    Недостатки:

    • Высокая стоимость вольфрамсодержащих марок;
    • Более низкая вязкость и высокая восприимчивость к ударным воздействиям, относительно быстрорежущих видов сталей.

    Области применения твердых сплавов

    Твердые сплавы металлов активно используются в производстве оснащения оборудования и инструмента для отделки труднообрабатываемых материалов, деталей станков и машин, подвергающихся интенсивным нагрузкам.

    Основные сферы использования:

    • производство инструментария для металлообработки резкой: фрез, протяжек, сверл, резцов;
    • оснащение горнодобывающей и лесозаготовительной техники: буры, рабочие поверхности оборудования, приспособления для вырубки;
    • производство прочных подшипников: обойм, шариков, роликов, напыление на корпуса;
    • инструмент и детали станков для волочения, штамповки, калибровки, проката, прессования, клеймения: оснащение рабочей поверхности, матриц и штампов и т. д.;
    • оснащение измерительного оборудования: деталей инструмента, рабочих поверхностей;
    • поверхностное напыление на детали из других материалов для придания им лучшей износостойкости, жаропрочности, твердости, антикоррозийных свойств;
    • производство элементов для бытовых и промышленных приборов: резисторов, реостатов, электронагревателей, деталей для лабораторных и промышленных печей.

    Продукция из твердых сплавов

    Основной тип изделий, предлагаемый производителями и компаниями по металлообработке, – это режущий инструмент. Сверла, фрезы, пластины, стержни – самая популярная продукция в сегменте твердосплавного металлопроката. Оснащение производства инструментом и оборудованием из высокотвердых сплавов значительно повышает производительность и эффективность технологических процессов, позволяет использовать современные технологии обработки металлов. Это положительно сказывается на качестве и скорости производимой металлопродукции.

    Твердые сплавы — основные свойства, классификация, область применения

    • вольфрамокобальтовые твёрдые сплавы (ВК);
    • титановольфрамокобальтовые твёрдые сплавы (ТК);
    • титанотанталовольфрамокобальтовые твёрдые сплавы (ТТК)

    Основные свойства и область применения твердых сплавов.

    Марка сплаваПредел прочности на изгиб, МПа не менееПлотность г/см3HRA*, не менееОбласть применения
    Вольфрамовая группа сплавов
    ВК3117615,0-15,389,5Чистовая и окончательная обработка (точение, нарезание резьбы, размерная обработка отверстий и др.) серого чугуна, цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов
    ВК3-М117615,0-15,391,0Чистовая обработка (точение, растачивание, нарезание резьбы, развёртывание) твёрдых, легированных и отбеленных чугунов, цементированных закалённых сталей
    ВК4151914,9-15,289,5Черновая обработка при неравномерном сечении среза (точение, фрезерование, растачивание, рассверливание, зенкерование) при обработке чугуна, цветных металлов и сплавов, титана и его сплавов.
    ВК6151914,6-15,088,5Черновая и получистовая обработка (точение, нарезание резьбы резцами, фрезерование, рассверливание и растачивание, зенкерование отверстий) серого чугуна, цветных металлов и их сплавов.
    ВК6-М142114,8-15,190,0Получистовая обработка жаропрочных сталей и сплавов, коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, твёрдых чугунов, закаленных чугунов, твердой бронзы, сплавов легких металлов, обработка закаленных сталей, а также сырых углеродистых легированных сталей при тонких сечениях среза на весьма малых скоростях резания
    ВК6-ОМ127414,7-15,090,5Чистовая и получистовая обработка твердых, легированных и отбеленных чугунов, закаленных сталей, высокопрочных и жаропрочных сталей, сталей и сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена (точение, растачивание, нарезание резьбы, шабровка)
    ВК8166614,4-14,887,5Черновая обработка при неравномерном сечении среза и прерывистом резании серого чугуна, цветных металлов и их сплавов, коррозионно-стойких, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, титановых сплавов (точение, строгание, фрезерование, сверление, зенкерование)
    ВК10-ОМ147014,3-14,688,5Черновая и получистовая обработка твердых, легированных и отбеленных чугунов, коррозионно-стойких, высокопрочных и жаропрочных сталей и сплавов, особенно сплавов на основе титана, вольфрама и молибдена. Изготовление монолитного инструмента.
    ВК10-М161714,3-14,688,0Обработка стали, чугуна, некоторых марок труднообра-батываемых материалов и неметаллов цельнотвердо-сплавным мелкораз-мерным инструментом (сверление, зенкерование, развертывание, фрезерование и зубофрезеро-вание)
    ВК10-ХОМ, ВК15-ХОМ1500, 165014,3-14,6, 13,889,0 87,5Получистовая и чистовая обработка жаропрочных сталей и сплавов, преимущественно точением.
    Титаново-вольфрамовая группа сплавов
    Т30К49809,5-9,892,0Чистовая обработка незакалённых и закалённых углеродистых сталей (точение, нарезание резьбы, развёртывание)
    Т15К6117611,1-11,690,0Получистовое точение (непрерывное резание),чистовое точение (прерывное резание), нарезание резьбы резцами и вращающимися головками, получистовое и чистовое фрезерование сплошных поверхностей, растачивание, чистовое зенкерование, развёртывание при обработке углеродистых и легированных сталей
    Т14К8127411,2-11,689,5То же, что и для сплава Т15К6, а так же черновая обработка при неравномерном сечении и непрерывном резании
    Т5К10142112,4-13,188,5Черновое точение и фрезерование при неравномерном сечении и прерывистом резании, фасонное точение, отрезка резцами, чистовое строгание и другие виды обработки углеродистых и легированных сталей, преимущественно в виде поковок, штамповок и отливок по корке и окалине
    Т5К12166613,1-13,587,0Тяжёлое черновое точение при неравномерном сечении стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами при наличии песка, шлака и др.; все виды строгания, сверления углеродистых легированных сталей
    Титано-тантало-вольфрамовая группа сплавов
    ТТК12166613,0-13,387,0То же, что и для сплава Т5К12, за исключением сверления стали. Тяжёлое черновое фрезерование углеродистых и легированных сталей
    ТТ8К6132312,8-13,390,5Чистовое и получистовое точение, растачивание, фрезерование и сверление серого, ковкого и отбеленного чугунов. Непрерывное точение с небольшими сечениями среза стального литья, высокопрочных коррозионно-стойких сталей, в том числе и закалённых. Обработка сплавов цветных металлов и некоторых марок титановых сплавов при резании с малыми и средними сечениями среза
    ТТ20К9147012,0-12,591,0Фрезерование стали, особенно глубоких пазов, и другие виды обработки, обусловлива-ющие повышенные требования к сопротивлению сплава тепловым и механическим циклическим нагрузкам
    ТТ10К8-Б161713,5-13,889,0Черновая и получистовая обработка коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, маломагнит-ных сталей, жаропрочных сталей и сплавов, титановых сплавов

    В зависимости от состава карбидной фазы и связки обозначение твердых сплавов включает буквы, характеризующие карбидообразующие элементы (В — вольфрам, Т — титан, вторая буква Т — тантал) и связку (буква К — кобальт). Массовая доля карбидообразующих элементов в однокарбидных сплавах, содержащих только карбид вольфрама, определяется разностью между 100 % и массовой долей связки (цифра после буквы К), например, сплав ВК4 содержит 4 % кобальта и 96 % WC.

    В двухкарбидных WC + + TiC сплавах цифровой после буквы карбидообразующего элемента определяется массовая доля карбидов этого элемента, следующая цифра — массовая доля связки, остальное — массовая доля карбида вольфрама (например, сплав Т5К10 содержит 5 % TiC, 10 % Со и 85 % WC).

    В трехкарбидных сплавах цифра после букв ТТ означает массовую долю карбидов титана и тантала. Цифра за буквой К — массовая доля связки, остальное — массовая доля карбида вольфрама (например, сплав ТТ8К6 содержит 6 % кобальта, 8 % карбидов титана и тантала и 86 % карбида вольфрама).

    КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

    Группы разбиты на подгруппы, каждая из которых обозначается числовым индексом, характеризующим вид обработки, режим резания и свойства твердого сплава

    Читать еще:  Классификация устройство и принцип действия центробежных насосов
  • Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector