Резание труднообрабатываемых материалов

Подураев В.Н.

Высшая школа, 1974 г.

§ 13. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ И МИНЕРАЛОКЕРАМИКА

Пластинку из твердого сплава для режущего инструмента изготовляют обычно путем спекания исходного материала при высокой температуре. Широкое применение в настоящее время имеют две группы твердых сплавов: однокарбидные вольфрамокобальтовые сплавы (группа ВК) и двухкарбидные вольфрамотитанокобальтовые сплавы (группа ТК).

Твердые сплавы группы ВК состоят из двух структурных фаз: высокотвердых карбидов вольфрама, обеспечивающих его режущие свойства, и кобальтовой связки, сообщающей твердому сплаву необходимую прочность. Получение твердых сплавов группы ТК явилось новым этапом в создании более производительных инструментальных материалов. Карбиды титана растворяют часть карбидов вольфрама, образуя твердый раствор — титановольфрамовый карбид, обладающий еще более высокими твердостью и красностойкостью, чем карбид вольфрама. Таким образом, твердые сплавы группы ТК состоят из трех структурных фаз: титановольфрамового карбида и свободного карбида вольфрама, занимающих основной объем сплава, а также кобальтовой связки. Более высокие твердость и красностойкость титановольфрамового карбида позволяют допускать большие скорости резания и делают твердые сплавы группы ТК более производительными по сравнению со сплавами групп ВК. Вместе с тем прочность и ударная вязкость этих сплавов ниже, чем у сплавов групп ВК. Надо учитывать, что чем ниже содержание карбида титана, тем меньше прирост красностойкости и скоростей резания, но тем прочнее инструментальный материал.

Стойкость инструмента зависит от разницы фактических твердостей при температуре резания режущей части инструмента и обрабатываемого материала заготовки. Разница твердости сплава Т15К6 и твердости заготовки стали ХВГ при Т = 800°С составляет 48 HRC, между тем как для сплава ВК6 она равна 45 HRC, а для ВК8 — 41 HRC, т. е. в процессе резания наибольшая разность твердостей создается у твердого сплава Т15К6. Это определяет наиболее благоприятные для него условия с точки зрения износоустойчивости в процессе резания. Основные механические характеристики твердых сплавов при высоких температурах, по данным Б. П. Прибылова, приведены в табл.

Механические характеристики твердых сплавов при высоких температурах

Марка твердого сплава	Предел прочности кгс/мм			Твердость		Ударная вязкость, кгс-м/см2	Плотность, г/см³	Коэффициент теплопроводности, кал/см-сек
	При изгибе		при сжатии	HRA	H₁₃₆
	Θ=20° С	Θ =1000°С	при сжатии	Θ =20° С	Θ =1000°С
ВК5....	133—154	75—83	500	87—90,8		0,29	15,0	0,9
				87—90,8		0,25	15,0
ВК6 ....	124	67—60	500	89	300	0,28	14,0	0,145
ВК8....	140	40	330	88,5	260	0,6	14,0	0,141
Т15К6. . .	115,6	80	415	90,2	380	0_;056	11,0	0,065

Примечание.H₁₃₆ — значение твердости твердого сплава при нагрузке 375 кгсалмазным индентором с углом при вершине 136°.

И в ней же даны значения теплопроводности, определяющей возможную степень концентрации тепловых напряжений.

Из таблицы видно, что твердость твердого сплава группы ВК в горячем состоянии меньше, чем твердость сплава Т15К6. Это обусловливает большую красностойкость последнего и позволяет работать на более высоких скоростях резания. Кроме того, из таблицы видно, что при комнатной температуре твердый сплав Т15К6 имеет меньший предел прочности при изгибе по сравнению с твердым сплавом ВК8, а при нагреве до 1000° С прочность твердого сплава Т15К6 вдвое превышает прочность сплава ВК8. На основании этого можно сделать вывод, что твердый сплав Т15К6 наиболее целесообразно применять только при повышенных скоростях резания. Вместе с тем твердый сплав Т15К6 имеет значительно меньшую ударную вязкость, чем твердый, сплав группы ВК, и малую пластичность, величина которой даже при нагреве до 1300° С возрастает незначительно. Поэтому он хуже работает при механической обработке в условиях вибраций или при» прерывистом резании.

Следовательно, основными характеристиками твердых сплавов, определяющими области их применения, являются красностойкость и прочность, С увеличением содержания кобальта и уменьшением содержания карбидов снижается красностойкость твердого сплава, но возрастает его прочность. Это видно из следующих данных для твердых сплавов группы ВК:

Марка твердого сплава ВКЗМ ВК6 ВК8 ВК10 ВК15 ВК20

Прочность сплава, кгс/мм. 110 135 145 150 165 190

Аналогичная зависимость для твердых сплавов группы ТК определяющая их прочность по величине максимально допустимой; подачи при точении, показана на рис. 43 [35].