Твердые сплавы и минералокерамика

Твердые сплавы. Твердые сплавы изготовля­ют на основе тугоплавких карбидов, обладающих высокой твердостью, прочностью, износо­стойкостью, жаростойкостью. Эти свойства со­храняются достаточно высокими при нагреве до 800—1000°С. По способу производства твердые сплавы делят на литые и металлокерамические, получаемые спеканием порошков карбидов вольфрама, титана и тантала с кобальтом. Послед­ний вводят для придания сплавам вязкости.

Литые твердые сплавы изготовляют в виде специальных электродов (ГОСТ 10051—75), пригодных для наплавки (наварки) на инструмент или детали. Сплавы В2К, ВЗК (стеллиты), сормайт относят к литым сплавам. Стеллиты представляют собой сплавы на осно­ве вольфрама, хрома и кобальта. Эти сплавы на­плавляют на рабочую поверхность новых или изношенных деталей и инструментов: штампов, ножей для резания металла, центров токарных станков и др. Наплавку осуществляют с по­мощью ацетиленокислородного пламени или электрической дуги. Наплавленный слой стел­лита имеет структуру эвтектики, состоящей из твердого раствора и карбидов хрома. Механиче­ские свойства наплавленного слоя будут тем вы­ше, чем больше скорость его охлаждения, так как зерна, будут получаться мельче. Наплавлен­ный слой термической обработке не подвергают. Детали или инструмент, предназначенные для наплавки, изготовляют из углеродистой, стали, этим достигается экономия дорогостоящих легированных сталей. Наплавлять указанные спла­вы можно как на стальные, так и на чугунные детали.

К литым твердым сплавам относят также сормайты — высокоуглеродистые хромистые сплавы на железохромовой основе. Они представляют со­бой либо заэвтектический высокохромистый чу­гун со структурой первичных карбидов и эвтекти­кой (сормайт № 1), либо доэвтектический белый хромистый чугун со структурой перлита и кар­бидной эвтектики (сормайт № 2). Сормайты из­готовляют в виде прутков диаметром 5—7 мм и применяют для, наплавки чугунных и стальных деталей и инструментов, работающих при нор­мальных и. высоких температурах в условиях трения скольжения. Слой, наплавленный сормайтом № 1, имеет твердость HRC 48—50. Термиче­ской обработке его не подвергают. Слой, наплав­ленный сормайтом № 2, подвергают отжигу при температуре 850—ЭОО С с последующей закалкой в масле и высоким отпуском. Стойкость деталей и инструмента, покрытых литыми твердыми спла­вами, повышается в 12 раз и более. Зерни­стые (или порошкообразные) твердые сплавы изготовляют в виде порошка или круп­ки с величиной зерна 1—3 мм. К зернистым спла­вам относят сталинит, применяют в качестве за­менителя стеллитов для повышения износостой­кости деталей сельскохозяйственных машин, бу­ровых долот и т. д. Сталинит содержит 8% С, 13% Мп, 3% Si, 18% Сг и др: Зернистые сплавы используют как наполнитель трубчатого электро­да или в виде присадочного порошка для наплав­ки. Наплавку производят различными способами, чаще всего применяют различные виды электро­дуговой сварки.

Металлокерамические твердые сплавы представляют собой твердый раствор карбидов вольфрама (WC), титана (TiC), танта­ла (ТаС) в металлическом кобальте (Со). Изде­лия из металлокерамических сплавов выпускают в виде пластинок для оснащения рабочей части металлорежущего инструмента (резцов, сверл, фрез, разверток).

Металлокерамические твердые сплавы (ГОСТ 3882—74) подразделяют на три группы: вольфрамовую, титановольфрамовую, титанотанталовольфрамовую.

Вольфрамовые твердые сплавы (например, ВКЗ, ВКЗМ, ВК6, ВК8, ВК8В и др.) применяют при обработке хрупких материалов: чугуна, бронзы; фарфора, стекла. Спла­вом ВК6М оснащают режущий инструмент для чистовой и получистовой обработки отбеленных чугунов, жаропрочных сталей, пластмасс. Спла­вом ВК8В оснащают инструмент для бурения, волочения, чернового точения жаропрочных и не­ржавеющих сталей. Буква В в конце марки ука­зывает, что сплав крупнозернистый, буква М — мелкозернистый.

Мелкозернистые и крупнозернистые вольфра­мовые высококобальтовые твердые сплавы ВК20, ВК25, ВКЗО и новые твердые сплавы ВК15В, ВК20В и ВК25В, обладающие высокой проч­ностью и ударной вязкостью, применяют для из­готовления твердосплавных штампов, работаю­щих а условиях больших ударных нагрузок. Стой­кость твердосплавных штампов по сравнению со стальными возрастает в 30—50 раз, чем обеспе­чивает большой экономический эффект.

Титановольфрамовые твердые сплавы (Т5КЮ, Т15К6, ТЗОК4 и др.) пред­назначены для обработки вязких, материалов: стали, латуни. Сплавом Т5КЮ, например, осна­щают режущий инструмент для чернового точе­ния, а также чернового и чистового строганий сталей по корке и окалине (включая стальные поковки, штампованные заготовки и отливки).

Титанотанталовольфрамовые твер­дые сплавы ТТ7К12 и ТТ10К8Б использу­ют для черновой обработки стальных поковок. Эти сплавы имеют более высокую вязкость, из­носостойкость и прочность (|ав==1550 МПа), чем твердые Титановольфрамовые и вольфрамовые сплавы.

Маркировка вольфрамовых твердых сплавов означает, например, для сплава ВК8, что в нем содержится примерно 92% карбидов вольфрама и 8% кобальта. В титановольфрамовом сплаве ТЗОК4 содержится примерно 30% карбидов тита­на, 4% кобальта и остальное — карбиды воль­фрама (66%). В титанотанталовольфрамовом сплаве ТТ7К12 сумма содержания карбидов тан­тала и карбидов титана составляет примерно 7%, кобальта 12%, остальное — карбиды вольфрама (81 %.). Аналогично расшифровываются и осталь­ные марки твердых сплавов.

Пластифицированные твердые сплавы применяют для изготовления сложных по форме инструментов (сверл, зенкеров, развер­ток и т. п.), а также инструментов небольших размеров, которые трудно оснастить пластинка­ми из твердого сплава. Пластифицированным твердым сплавом называют спрессованный поро­шок, погруженный в кипящий парафин при тем­пературе 400°С и составляющий с ним после остывания однородную массу. Брикеты из пла­стифицированного твердого, сплава легко подда­ются обработке резанием, прессованию и выдавливанию через фасонные фильеры. Изготовлен­ный одним из этих методов инструмент подвер­гают спеканию в специальных печах при темпе­ратуре 1300°С. После спекания инструмент, обла­дающий необходимой твердостью, подвергают чистовой обработке и затачиванию. Режущий ин­струмент, изготовленный из пластифицированно­го твердого сплава, обеспечивает более высокое качество обработанных поверхностей изделия, по сравнению с инструментом, оснащенным пла­стинками твердого сплава.

Минералокерамика — это синтетический ма­териал, в основу которого положен технический глинозем (АЬОз). Широкое применение в настоя­щее время получила минералокерамика марки ЦМ-332—микролит. По твердости (HRA 91—93), тепло и износостойкости он превосходит твердые сплавы. К недостаткам микролита относят низкую прочность и большую хрупкость. Инстру­менты, оснащенные пластинками микролита, не теряют своей твердости при нагревании в процессе работы до 1200°С. Поэтому их с большой эф­фективностью применяют в условиях безударной нагрузки при чистовой и получистовой обработке стальных и чугунных деталей, цветных металлов и их сплавов, неметаллических материалов на высоких скоростях с небольшими глубинами ре­зания и подачами.

Технология изготовления пластинок микроли­та следующая: подготовленный порошок форму­ют, прессуют, а затем спекают при температуре 1750—1900°С. Пластинки можно получить также литьем под давлением. К державкам инструментов пластинки крепят путем припаивания или механическим креплением. Для пайки необходи­мо предварительно произвести металлизацию пла­стинок, т. е. покрыть их поверхность тонким сло­ем какого-либо металла, пригодного для осуще­ствления пайки.

Эксплуатационные характеристики минералокерамики улучшают добавлением в нее вольфра­ма, молибдена, бора, титана, никеля и т. д. Та­кие материалы называют керметами. Их используют при обработке резанием труднообра­батываемых сталей и сплавов.