Современные инструментальные материалы

Зубарев Ю.М.

Лань, 2008 г.

МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ   ТВЕРДЫЕ   СПЛАВЫ

Металлокерамические твердые сплавы состоят из карбидов тугоплавких металлов и цементирующего металла — кобальта. Для изготовления твердых сплавов применяют карбиды вольфрама, титана и тантала. За рубежом при изготовлении твердых сплавов применяют также карбиды ниобия и ванадия.

Благодаря большой твердости, теплостойкости и износостойкости металлокерамические твердые сплавы обладают высокими режущими свойствами.

Твердосплавные пластины и изделия применяются для оснащения режущих и измерительных инструментов и штампов.

Отечественная промышленность выпускает три группы металлокерамических твердых сплавов (ГОСТ 3882-67), азличающихся по химическому составу.

Сплавы первой группы изготовляются на основе карбидов вольфрама и кобальта и носят название вольфрамо-кобальтовых; обозначается эта группа сплавов буквами ВК и цифрой, показывающей процентное содержание кобальта.

Сплавы второй группы изготовляются на основе карбидов вольфрама, карбидов титана и кобальта. Называются они титано-вольфрамовыми и условно обозначаются буквами ТК и цифрами. Цифра после буквы Τ указывает на процентное содержание карбидов титана, а цифра после буквы К — на процентное содержание кобальта.

Сплавы третьей группы изготовляются на основе карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Называются они титано-тантало-вольфрамовыми и обозначаются буквами ТТК и цифрами. Цифра, стоящая после букв ТТ, указывает на процентное содержание карбидов титана и карбидов тантала, а цифра после буквы К — на процентное содержание кобальта.

Химический состав и физико-механические свойства металлокерамических твердых сплавов приведены в таблице.

Кроме указанных в таблице  сплавов, промышленность изготовляет ряд опытных марок — ТТ7К15, ТТ10К8А, ТТ20К9 и др.

Качество твердосплавных пластин и изделий определяется не только химическим составом сплава, но и его структурой (величиной зерна). Зернистость сплава оказывает влияние на его прочность и износостойкость. С увеличением размера зерен карбида вольфрама прочность сплава возрастает, а износостойкость уменьшается, и наоборот.

В зависимости от размеров зерен карбидной фазы сплавы могут быть классифицированы следующим образом: мелкозернистые, у которых размер не менее 50% зерен карбидной фазы в структуре равен 1 мкм; среднезернистые — с величиной зерна

1-2 мкм и крупнозернистые — с величиной зерна 2-5 мкм. ГОСТ устанавливает нормы на микроструктуру всех твердых сплавов. Согласно ГОСТ 4872-67 к мелкозернистым сплавам отнесены сплавы марки ВКЗМ, а к крупнозернистым — ВК8 и Т15К12В. Для мелкозернистых сплавов в конце условного обозначения сплава ставится буква М, а для крупнозернистых — буква В. Так, например, вольфрамо-кобальтовый сплав, состоящий из 94% карбида вольфрама и 6% кобальта, изготовляется трех модификаций: со среднезернистой структурой — ВК6, с мелкозернистой — ВК6М и крупнозернистой — ВК6В.

Научно-исследовательским институтом твердых сплавов (ВНИИТС) разработаны марки двух- и трехкарбидных твердых сплавов, различающихся содержанием карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта. Например, выпущены сплавы Т14К9, Т6, 5К6, Т5К12В, ТТ86К, ТТ11К8,ТТ12К8, ТТ16К6, ТТ20К9, ТТ32К8 и др. Освоен производством также сплав с полной заменой тантала ниобием — ТН6К8Б.

Следует упомянуть, что карбиды вольфрама придают сплаву повышенную теплостойкость, карбиды титана — твердость и износостойкость (но снижают прочность и ударную вязкость), а кобальт — изгибную прочность и пластичность. Карбиды тантала и ниобия объединяют свойства титана и вольфрама. Однако тантал значительно дороже титана. Микроприсадки бора в количестве 0,05...0,07% выполняются в целях получения мелкозернистой структуры и повышения прочности.

При замене сплава Т5К10 сплавом Т4К8 производительность возрастает в 1,5...2,0 раза за счет увеличения подачи, а в некоторых случаях — и скорости резания. Вместо сплава ТТ20К9 рекомендуется сплав ТТ20К9А, работоспособность которого выше за счет снижения количества свободного углерода и уменьшения величины зерен. Разработан сплав ТТ21К9 с меньшим содержанием карбида тантала. Для фрезерования был создан сплав Т8К7, содержащий добавки карбида титана.

Химический состав и физико-механические свойства металлокерамических твердых сплавов (ГОСТ 3882-67)