10.3. Инструментальные твердые сплавы

К твердым сплавом относится группа металлокерамических сплавов из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана и тантала (WC, TiC, TaC), соединенных металлической связкой. Твердые сплавы получают методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, выполняющего роль связки, затем прессуют и спекают при температуре 1400…15500С в среде водорода или в вакууме. При спекании кобальт растворяет часть карбидов и плавится. В результате получается плотный материал, состоящий из карбидных частиц, соединенных связкой. Увеличение содержания связки вызывает снижение твердости, но повышение прочности и вязкости.

Твердые сплавы производят в виде пластинок определенных форм и размеров, которыми оснащают резцы, фрезы, сверла и другие режущие инструменты.

Твердые сплавы значительно превосходят быстрорежущую сталь по твердости, износостойкости и теплостойкости, уступая ей по прочности и вязкости. Теплостойкость твердых сплавов до 10000С.

Замена быстрорежущей стали твердыми сплавами при обработке резанием черных металлов (особенно труднообрабатываемых сталей и сплавов) позволяет повысить более чем в 2 раза скорость резания и в несколько раз увеличить стойкость инструмента.

В качестве исходных материалов для производства порошков твердых сплавов используют оксиды вольфрама, титана, тантала и кобальта (WO3, TiO2, Ta2O5, CoO). Процесс состоит из следующих операций. Вначале получают порошки чистых металлов путем восстановления оксидов водородом и углеродом. Далее получают порошки карбидов нагреванием вольфрама, титана или оксидов TiO5 и Ta2O5 с сажей в восстановительной атмосфере. После этого приготавливают смеси порошков карбидов с порошками кобальта, тщательно размалывают смесь, после чего формуют из нее изделия, их прессуют и спекают.

Промышленность выпускает твердые сплавы трех групп.

Первую (вольфрамовую) группу составляют сплавы системы WC-Co. Они маркируются буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах, например, ВК6, ВК8, ВК10. В этих сплавах кобальта соответственно 6,8 и 10%, остальное – карбид вольфрама. При одинаковом содержании кобальта сплавы этой группы в отличие от других групп характеризуются наибольшей прочностью, но более низкой твердостью. Теплостойкость этих сплавов до 8000С. С увеличением содержания кобальта повышается сопротивление ударным нагрузкам, но уменьшается износостойкость.

Сплавы группы ВК используют для обработки заготовок из хрупких металлов – чугуна, бронзы, других цветных металлов и сплавов, а также неметаллических материалов.

Вторую группу (титано-вольфрамовую) образуют сплавы системы TiC-WC-Co. Они маркируются буквами ТК и цифрами, например, Т15К6, Т5К10, Т30К4. Цифра после буквы Т означает массовое содержание карбида TiC. Цифра после К – массовое содержание кобальта, остальное (до 100%) – карбид вольфрама WC. Например, в сплаве Т15К6 содержится 15% карбида титана, 6% кобальта и 79% карбида вольфрама.

Сплавы второй группы отличаются большей износостойкостью, но менее прочны, чем сплавы первой группы. С увеличением содержания карбида титана увеличивается износостойкость, но уменьшается прочность. Теплостойкость сплавов группы ТК более высокая – 900…10000С, которая повышается по мере увеличение количества карбида титана. Инструменты из сплавов этой группы обеспечивают более высокую скорость резания. Наиболее часто их используют для обработки углеродистых и легированных сталей.

Третью группу (титана- тантала - вольфрамовую) образуют сплавы системы TiC-TaC-WC-Co. Маркируются эти сплавы буквами ТТК, например, ТТ7К12. Цифра после буквы Т указывает суммарное содержание карбидов TiC+TaC, а цифра после буквы К – содержание кобальта, остальное (до 100%) – карбид вольфрам WC. Сплав ТТ7К12 содержит 7% карбидов TiC и TaC, 12% кобальта и 81% карбида вольфрама. От предыдущей группы эти сплавы отличаются большей прочностью и лучшей сопротивляемостью вибрациям и выкрашиванию. Применяют сплавы этой группы при наиболее тяжелых условиях резания – черновая обработка стальных слитков, отливок, поковок.

Инструментальные твердые сплавы применяют также для изготовления волочильных фильер, штампов, прессформ и др. Главными недостатками твердых сплавов является их хрупкость и трудность механической обработки.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008