Прорывом в металлургии стало изготовление материалов, которые превышают все известные в твердости и теплостойкости. В статье мы подробнее о них расскажем и поговорим о том, что это такое – твердые сплавы.
СПЛАВЫ ТВЕРДЫЕ СПЕЧЕННЫЕ1. Р АЗРАБОТАН И ВНЕСЕН
Министерством цветной металлургии СССРРАЗРАБОТЧИКИН. А. Кудря, А. А. Залужный,
В. И. Третьяков2. У ТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В
ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от
15.08.74 № 19933. В ЗАМЕН ГОСТ 3882-614. Стандарт соответствует СТ
СЭВ 1251-78, СТ СЭВ 5015-85, ИСО 513-75 в части классификации марок твердых
сплавов5. Стандарт унифицирован с
БДС 10613-766. С СЫЛОЧНЫЕ
НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ7. Ограничение срока
действия снято по протоколу № 5-94 Межгосударственного совета по
стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)8. П ЕРЕИЗДАНИЕ (июнь 1998
г.) с Изменениями № 1, 2, 3, 4, 5, 6, утвержденными в ноябре 1978 г., декабре
1981 г., декабре 1983 г., декабре 1984 г., марте 1986 г., июле 1990 г. ( ИУС
12-78, 3-81, 3-84, 3-85, 8-86, 10-90) (по состоянию на июнь 2008
г.)Дата введения 01.01.761. Настоящий стандарт распространяется на твердые спеченные
сплавы, предназначенные для изготовления режущего и горного инструмента, а
также для износостойких деталей и других целей.(Измененная
редакция, Изм. № 2, 5, 6).2*. Группы,
марки, коды ОКП, химический состав и физико-механические свойства твердых
сплавов должны соответствовать указанным в таблице.* См. примечания ФГУП
«СТАНДАРТИНФОРМ».(Измененная редакция, Изм № 1, 3, 4, 6).3. Область применения твердых сплавов указана в
приложении 1.4. Классификация марок твердых сплавов для обработки
материалов резанием в соответствии с международным стандартом ИСО 513 и СТ СЭВ
5015 приведена в приложении
2. Группы применения твердых сплавов для горного
инструмента обозначены в соответствии с СТ СЭВ 1251 и приведены в приложении 3.
Обозначения марок сплавов по национальным стандартам приведены в приложении 4.(Измененная
редакция, Изм. № 2, 3, 5). ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ(Измененная редакция,
Изм. № 1, 6). Соответствие марок твердых сплавов международной
классификацииНеблагоприятными
условиями работы следует считать работу с переменной глубиной резания, с
прерывистой подачей, с ударами, вибрациями, с наличием литейной корки и
абразивных включений в обрабатываемом материале. В зависимости
от обрабатываемого материала и типа снимаемой стружки сплавы твердые спеченные
подразделяются на три основные группы резания: Р, М и К. В зависимости
от видов и режимов обработки резанием основные группы резания подразделяются на
группы применения в соответствии с приложением
2. Группы применения
обозначаются буквой основной группы резания и числовым индексом, который
характеризует изменение вида обработки, режима резания и свойств твердого
сплава. Чем выше число
индекса в обозначении группы применения, тем ниже износостойкость твердого сплава
и допускаемая скорость резания, но выше прочность твердого сплава и допускаемая
подача и глубина резания при обработке резанием. Кроме
установленных в настоящем стандарте групп применения, допускается дополнительно
устанавливать не более одной промежуточной группы применения, числовой индекс
которой должен быть промежуточным между двумя соседними группами применения,
например К15 (между К10 и К20). Группа
применения Р01 может подразделяться с помощью следующих обозначений: Р01.1;
Р01.2 и Р01.3. Введение
промежуточных групп применения возможно только в том случае, если твердый сплав
существенно отличается по износостойкости и прочности от сплавов, относящихся к
соседним группам применения. Обозначение
марок твердых сплавов не должно совпадать с обозначением основной группы
резания и группы применения. К обозначению
группы применения твердых сплавов с покрытием добавляется буква «С», например,
Р30С; К20С. Данные о
принадлежности к группам применения марок твердых сплавов, установленных в
стандартах стран – членов СЭВ, приведены в приложении 5.(Измененная редакция, Изм. №
5).(Измененная редакция, Изм. №
5).(Введено дополнительно, Изм.
№ 2). ОБОЗНАЧЕНИЕ МАРОК ТВЕРДЫХ СПЕЧЕННЫХ СПЛАВОВ,
УСТАНОВЛЕННЫХ В СТАНДАРТАХ СТРАН – ЧЛЕНОВ СЭВ, В СООТВЕТСТВИИ С ГРУППАМИ
ПРИМЕНЕНИЯ(Измененная редакция, Изм. №
6).* ПРИМЕЧАНИЯ ФГУП
«СТАНДАРТИНФОРМ»1 На первой странице дополнить
кодом: МКС 77.160 (указатель «Национальные стандарты», 2008).2 В информационном указателе «Национальные стандарты» № 10-2002
опубликована поправкак ГОСТ 3882-74 Сплавы твердые спеченные. Марки (см.
Переиздание, июнь 1998 г., с Изменениями № 1-6)
Классификация твердых сплавов по группам
Это достаточно большая область металлургии, в которую попадают все карбид-вольфрамовые соединения, полученные указанным выше способом. Поэтому их разделяют на категории по нескольким основаниям.
По составу химических элементов
Это происходит чаще всего. Во главу угла ставится именно процентное содержание различных металлических веществ и неметаллов. Это логично, потому что знающий человек именно по данному показателю будет оценивать основные характеристики, прочностные качества. Практически все в группе – вольфрамовые. Но так как это дорогостоящий и довольно дефицитный компонент, то сейчас создают новую группу безвольфрамовых – керамиты. В их составе карбиды титана, карбонитриды титана, которые связаны основой из никеля и молибдена.
По технологии производства
Мы ранее описывали наиболее распространенный процесс приготовления. Но на этот момент в металлургической промышленности активно используются два метода. Стоит отметить, что в зависимости от того, какой из них применяется, меняются и характерные особенности полученного результата. Различают сплавы: Спеченные. Применяется термическое спекание, а в качестве материалов берутся порошки. То, что все металлы находятся в измельченном виде, увеличивает смешиваемость, ускоряет диффузионный процесс, делая итоговый слиток максимально монолитным. При этом важно отметить, что такие заготовки поддаются не любой металлообработке, а только шлифованию и обработке лазером, ультразвуком, травлением в кислотах, но не резанию, не механическим способам воздействия. Литые. Методы получения – плавка и литье. Это довольно затратно, поскольку компоненты в основном имеют достаточно высокую температуру плавления. Зато результат получается очень хороший – монолитный, целый блок, который уже можно не бояться обрабатывать всеми известными способами – резкой, закалкой, отжигом, старением и пр. В основном они применяются для наплавки на инструмент или часть детали, которая быстро изнашивается.
По области применения твердых сплавов и их свойств
Здесь актуальной будет та классификация, которую мы уже приводили в рамках маркировки. Это именно те буквы, которые проставляются в конце аббревиатуры на марке. Таким образом, чаще всего из них делают инструменты для металлообработки, поскольку они получаются:
Если речь идет о материале, полученном литьем, то еще один вариант применения – наплавка. То есть расплавленной смесью покрывается часть детали, чтобы усовершенствовать характеристики рабочего элемента в целом.
На этом промышленность не заканчивает свои запросы. Чем больше появляется потребностей, тем шире ассортимент соединений – выплавляют новую рецептуру, которая классифицируется по новому определению. Ниже мы более подробно поговорим об области применения твердых сталей.
Вольфрамосодержащие соединения
Вольфрам является самым тугоплавким металлом во всей периодической таблице. Именно по этой причине его активно применяют в металлургии. В основном в марках типа ВК6, ВК3М, которые являются очень популярными, содержание этого вещества является подавляющим – 94%, 97% и даже более.
Приведем пример на ВК8 – именно его очень часто используют для того, чтобы изготавливать резцы. Они очень прочные, настолько, что без проблем и сложностей обрабатывают чугун. При этом метод – бесстружковый.
Титановольфрамосодержащие виды твердых сплавов
По названию уже видно, что кроме вольфрама (основы) здесь активную роль играет титан, но не только. Немаловажное значение обычно отведено кобальту. Какой инструментальный состав получается из таких марок, как Т5К10? Для металлообработки на высоком скоростном режиме. Также они способны обрабатывать металлы с повышенной прочностью и теплостойкостью. Для примера: это может быть износостойкий резец по закаленной стали.
Характерные особенности и маркировка
Соединения, полученные относительно новым технологическим способом, не меняют своих характеристик даже при очень высоких температурах – выше 1000 градусов. Также они не деформируются при значительных механических нагрузках. Это обеспечивается тем, что они создаются из тугоплавких металлов с добавлением менее прочного кобальта, который придает составу прочность на изгиб, чтобы изделие не обладало хрупкостью титана и не ломалось.
Первая особенность, на которую мы обращаем внимание, – изготовление прессованием. Смешиваются порошковые карбиды вольфрама, титана и тантала с мелкими частицами кобальта. Добавляются легирующие элементы, к примеру, хром. Затем под воздействием большого давления и сверхвысоких температур производится термическое спекание. Маркировка твердых сплавов производится на основании государственных стандартов. Она включает цифровой и буквенный набор.
Примеры марок стали
Представим наиболее популярные соединения. Они используются на производствах разного типа. Пропорции компонентов отвечают за характеристики.
ВК2
Содержание вольфрама – доминирующее, поэтому его литера стоит впереди. Кобальта только 2% – об этом нам говорит цифра. Если не считать легирующие добавки и примеси, которых от силы наберется сотая часть процента, то остальные 98% принадлежат W.
ВК6М
Это аналог – вольфрамокобальтовый набор с большим содержанием последнего – не 2, а 6% кобальта. Но здесь есть конкретизация по применению – из такого материала следует изготавливать инструменты для обработки тугоплавких сталей.
Т5К10
Когда есть три элемента составляющих, вместо двух, то самый распространенный, которого основная масса, может не писаться. Он априори основа сплава – это вольфрам. А то, что стоит с цифрами рядом, это второстепенные компоненты – 5% титана и 10% кобальта.
Т14К8
Аналогичное содержание, но другие процентные коэффициенты. Увеличение титанового включения придает прочности, но и хрупкости.
ТТ7К12
Аналог, но с добавлением тантала. Состав: W – 71%; Ti – 17%; Co – 12%; Та – меньше 1%, как примесь. Кроме классических веществ, добавляют также молибден, никель. Полученные материалы приобретают свойства указанных элементов. Это дорогостоящие металлы, применяемые для особых деталей самолетостроения и машиностроения.
Расшифровка букв в марках твердых спеченных сплавов
Кроме указания на то, какой ингредиент входит в соединение и в каком процентном соотношении, есть еще буквенное указание на применение. Такую классификацию провела международная организация, наименование – ИСО. Это позволило унифицировать маркировку отечественных и зарубежных аналогов. Литера ставится обычно в конце аббревиатуры.
Заточенным предметом из состава данной марки можно обрабатывать закаленную сталь. Она тверже и прочнее обычных металлов.
Подходит для чугуна. Большое количество углерода в сочетании с железом делает его менее пластичным, поэтому резка другим инструментом может привести к сколам и трещинам.
Обычно обрабатывается нержавейка. В ней предельное содержание легирующих добавок, в том числе – хрома.
Применяется при металлообработке цветных соединений.
Для пластичных материалов с повышенной вязкостью. Когда их режешь, стружка получается сливная. Они «сливается» вниз от резца, что негативно сказывается на результате.
Идеально подходит для таких веществ, которые имеют повышенную жаропрочность. Здесь актуально то, что твердосплавные инструменты еще менее подвержены влиянию высоких температур.
Использование материала давно вышло широко за изготовление инструмента, хотя это и остается основным направлением работы с твердосплавными заготовками. Объясним почему – при резании или ином процессе металлообработки выделяется много тепла, которое пагубно воздействует на режущую кромку. В данном случае это влияние фактически незаметно из-за жаропрочности.
Также нужно учитывать повышенную прочность – инструментальный набор долгое время сохранит свою целостность, останется без сколов и пр. Поэтому ниже перечислим более конкретно те области, в которых происходит производство.
Металлорежущий инструмент
Здесь все просто – изготавливают сверла, фрезы, резцы, развертки, метчики различных диаметров, с разным количеством заходов, углом режущей кромки и пр.
Использование относительно конкретной заготовки обычно определяется маркировкой – одни предназначены для металлообработки одного материала, другие – второго.
Отдельные детали измерителей
Это различные циркули, штангенциркули, с помощью которых можно произвести очень точные измерения. Чем прочнее сталь, из которой они изготавливаются, тем более точных можно добиться результатов, потому что в ходе использования будет минимальный естественный износ.
Клейма, штампы
Во время горячей или холодной штамповки применяются пуансоны и матрицы, которые под воздействием давления должны изогнуть заготовку. Конечно, важно, чтобы они были более прочными, чем заготовка. В этом смысле твердые сплавы – отличный вариант.
Комплектующие для вырубки в металле
Художественная резка, а также объемная штамповка часто использует специальные острые режущие кромки, которые при нажатии врезаются в листовую сталь и вырезают часть.
Элементы станков для волочения и проката
Это могут быть валы, профили и направляющие. А также прижимные балки.
Оснащение для горнодобывающей техники
Горные породы зачастую такие же твердые, как и металлы.
Сравним алмаз – прочнее его сложно найти материал естественного происхождения. Поэтому при бурении, сверлении и других процедурах применяют данные инструменты.
Части подшипников
Применение вещества увеличивает износостойкость узлов.
Напыление на стальные корпуса
Даже тонкий слой способствует улучшению механических характеристик.
Оборудование для рудообогатительных заводов
Это первичная переработка полезных ископаемых. Во время процесса также требуются ножи с повышенными прочностными свойствами.
В статье мы рассказали про свойства твердых сплавов и особенности их изготовления, применения. Посмотрим видео для того, чтобы более подробно разобраться в теме:
Чтобы уточнить интересующую вас информацию и приобрести ленточнопильные станки российского производства по металлу, свяжитесь с менеджерами компании «Рокта» по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.
Безвольфрамовые инструментальные твёрдые сплавы
Безвольфрамовые твёрдые сплавы – это сплавы на основе карбида и карбонитрида титана, сцементированных никелемолибденовой связкой.
Безвольфрамовые твёрдые сплавы по сравнению с вольфрамовыми имеют меньше прочность на изгиб, но выше твёрдость, обладают низкой схватываемосью со сталями. Инструменты из этих сплавов работвают по сталям практически без наростообразования, что и определяет область их применения (чистовое и получистовое точение и фрезерование малолегированных, углеродистых сталей, чугуна и цветных сплавов). Износостойкость в 1,2 – 1,5 раза выше, чем у сплавов группы ТК. Недостаток – плохо поддаются пайке и заточке вследствие неудовлетворительных термических свойств и поэтому применяются в основном в виде неперетачиваемых пластин.
Свойстав и область применения безвольфрамовых твёрдых сплавов
Марки твёрдых сплавов по МС (ТУ 48-19-308-80) и соответствующие марки по ГОСТ 3882-74
Характеристики
Свойства зависят от нескольких факторов. Нет двух марок, которые полностью были бы идентичными.
Сперва посмотрим на то, какие именно характерные особенности выделяют по категориям.
Здесь все просто. Сплав характеризуется по группам на 4 разных по качествам состава – это «ВК», то есть с карбидом вольфрама и кобальтом; титановольфрамовые; титанотанталовольфрамовые и с износостойкими покрытиями. Так уже по названию понятно, какое вещество имеет приоритетное количество. По этому определяются характеристики.
Физические и механические свойства
Пожалуй, наиболее важные. Более подробно мы их перечислим и разберем ниже, сейчас укажем, что все без исключения соединения изготавливаются по рецептуре, утвержденной ГОСТ. Отечественный стандарт соответствует международным, поэтому можно посчитать все технические качества каждой марки. После того как мы перечислим их усредненные значения, приведем краткую таблицу.
Особенности технологических процессов получения
В зависимости от того, порошковое прессование или литье было взято за основу, определяются характерные черты. Например, про спеченные каждый специалист знает, что важный показатель – это размер карбидных зерен. Чем он меньше, чем более монолитный будет результат. Также это влияет на то, какие методы металлообработки могут быть применимы, и где будет затем использоваться материал.
Физико-механические характеристики
Безусловно, сказать усредненные значения достаточно сложно, ведь слишком многое влияет на то, каков будет результат. Ниже мы приведем более точные табличные данные из официального документа, но для начала представим, какие вообще свойства оцениваются и почему.
Допустимая прочность
Это сопротивление металла любому механическому воздействию извне. То есть то, что на поверхности не остается никаких деформаций после столкновения с другими деталями. И это очень точно сказано про твердосплавные материалы.
Измерения проводятся при помощи изгиба. Изменяется оказываемое на заготовку давление от 1200 МПа для ВК2, до 2150 МПа для ВК25.
Твердость
Это отношение нагрузки к площади поверхности, которая деформируется под воздействием индентора – то есть конуса или шарика, который в качестве эксперимента вдавливается в образец. Измеряется в HRA и достигает до 91, что очень высокий показатель в сравнении со сталью.
Реализуемая теплопроводность
Это способность проводить и сохранять тепло от более нагретой части к холодной. Процесс происходит до тех пор, пока не установится энергетический баланс. Средний показатель – около 51 Вт/(м×С).
Плотность твердых сплавов
Этот показатель значит то, насколько большая масса на единицу объема. Если сказать более простым языком, то это то, как сильно частички вещества прижаты друг к другу. А так как металлы в принципе очень тяжеловесные и фактически не содержат пустот, то и плотность их очень высокая. Характеристика колеблется в интервале 14,9 – 15,2 г/см3.
Жаропрочность
Любой материал разрушается под воздействием значительных температур, но граница, которую выдерживают составы, у всех разная.
В указанном случае образец может выдерживать до 1200 градусов.
Коррозийная стойкость
Устойчивость к ржавлению в основном обеспечивается легирующими добавками. В некоторых марках добавлен хром, как и в нержавейке, что увеличивает показатель.
Теперь приведем обобщающую таблицу, отметим, что данные взяты из документа ГОСТ.