Твердий сплав. Марки, характеристики, застосування. Твердосплавний інструмент

Тверді метали та сплави являють собою зносостійкі матеріали, здатні зберігати свої характеристики при підвищених температурах (900-1100 градусів). Вони відомі людині більше ста років.

Загальна характеристика

Тверді сплави виготовляють переважно на основі хрому, танталу, титану, вольфраму з додаванням різної кількості нікелю або кобальту. При виробництві використовуються міцні карбіди, які не піддаються розкладанню і розчинення при високій температурі. Твердий сплав може бути литим або спеченим. Карбіди відрізняються крихкістю. У цьому зв'язку для формування твердого матеріалу їх зерна пов'язують відповідними металами. В якості останніх виступають залізо, кобальт, нікель.

Литі з'єднання

Твердосплавний інструмент, отриманий зазначеним способом, відрізняється високою опірністю до стирання матеріалом заготовки і сходить стружки. Вони не втрачають своїх характеристик при температурі нагріву від 750 до 1100 градусів. Встановлено, що виробами, виробленими шляхом плавки або лиття з додаванням кілограма вольфраму, можна обробити в п'ять разів більше матеріалу, ніж предметами зі швидкорізальної сталі при такому ж змісті W. Одним з недоліків таких сполук виступає їх крихкість. При зменшенні в складі частки кобальту вона підвищується. Швидкість, яку мають твердосплавні різці, в 3-4 рази перевищує показники для сталі.

Спечені матеріали

Вони включають в себе металлоподобное з'єднання, пов'язане сплавом або металом. В якості основи, як правило, використовується карбід (складний в тому числі) титану або вольфраму, а також танталу, карбонид титану. Рідше застосовують при виготовленні бориди. Матрицею для утримання зерен матеріалу виступає зв'язка - сплав або метал. Як правило, нею є кобальт. Це нейтральний по відношенню до вуглецю елемент. Кобальт не утворює власні карбіди і не руйнує інші. Рідше використовується в зв'язці нікель і його з'єднання з молібденом.

Порівняльна характеристика

Спечені матеріали отримують порошковим методом. Обробка твердих сплавів цього типу здійснюється тільки шліфуванням або фізико-хімічними способами (лазером, травленням в кислотах, ультразвуком та іншими). Литі вироби піддаються загартуванню, відпалу, старіння і так далі. Вони призначені для наплавлення на інструмент. Порошкові матеріали прикріплюють за допомогою пайки або механічним способом.

Класифікація

Вона залежить від змісту карбідів кобальту, танталу, вольфраму і титану. У зв'язку з цим розглянуті матеріали поділяються на три групи. При позначенні марок сполук використовують літери:

Карбід вольфраму - "В".

Кобальт - "До".

Карбід титану - перша "Т".

Карбід танталу - друга "Т".

Цифри, вказані після букв, що позначають приблизний процентний вміст компонентів. Решта в з'єднанні (до 100 %) - карбід вольфраму. Зазначені в кінці літери позначають зернистість структури: "В" - велика, "М" - дрібна, "ОМ" - особливо дрібна. Промисловість випускає тверді сплави марок ВК (вольфрамові), ТТК (тітанотанталовольфрамовие) і ТК (тітановольфрамовие).

Відмітні ознаки

Основні властивості твердих сплавів полягає в їх високої міцності, зносостійкості. При цьому розглянуті матеріали відрізняються меншою в'язкістю і теплопровідністю в порівнянні зі сталлю. Це необхідно враховувати при експлуатації виробів. Вибираючи твердий сплав, необхідно дотримуватися ряду рекомендацій:

Вольфрамові виробу в порівнянні з титановольфрамовими відрізняються меншою температурою зварюваності зі сталлю. У зв'язку з цим їх використовують для роботи з чавуном, кольоровими металами та неметалевими матеріалами.

Для сталі доцільно використовувати з'єднання групи ТК.

Твердий сплав марки ТТК володіє підвищеною в'язкістю і точністю. Його застосовують для роботи з сталевими поковками, виливками в несприятливих умовах.

Чистове і тонке точіння з невеликим перетином стружки забезпечують борфрези твердосплавні з дрібнозернистою структурою і меншим вмістом кобальту.

При несприятливих умовах і чорновій роботі з матеріалами з ударної навантаженням доцільно використовувати з'єднання з високим вмістом кобальту. При цьому вони повинні володіти крупнозернистою структурою.

Чистова і чорнова обробка в процесі безперервного різання здійснюються переважно сполуками з середнім відсотковим вмістом кобальту.

Порошкоподібні матеріали

Вони представлені двома групами: містять і не містять вольфрам. У першому випадку твердий сплав представлений у вигляді суміші технічного порошкоподібного W і ферровольфрама з науглероживающими компонентами. Виготовлявся він ще в СРСР. Називається цей твердий сплав "вокар". Процес виготовлення матеріалу наступний:

Високопроцентних ферровольфрам і технічний порошкоподібний W змішуються з меленим коксом, сажею та іншими аналогічними компонентами.

Отримана маса замішується на цукрової патоки або смолі в густу пасту.

З суміші пресуються брикети, які злегка обпікаються. Це необхідно для видалення летких сполук.

Брикети після випалу розмелюють і просіваються.

Готовий матеріал, таким чином, має вигляд тонких чорних крупинок. Їх величина - 1-3 мм. Відмінною особливістю таких матеріалів виступає їх великий насипний вагу.

Сталініт

Цей твердий сплав не містить вольфраму, що обумовлює його низьку вартість. Він також був винайдений в радянські роки і досить широко використовується в промисловості. Як показала практика, незважаючи на те, що цей твердий сплав не містить вольфраму, він володіє високими механічними характеристиками, в більшості випадків задовольняють технічні вимоги. Сталініт володіє значними перевагами перед вольфрамовими матеріалами. В першу чергу це низька (1300-1350 градусів) температура плавлення. Вольфрамові матеріали піддаються змінам, тільки починаючи з 2700 градусів. Температура плавлення у 1300-1350 градусів значно полегшує наплавлення, підвищує її продуктивність. В якості основи сталініту використовується суміш дешевих порошкоподібних феросплавів, феромарганцю і ферохрому. Виготовлення цього матеріалу аналогічно процесу виробництва вольфрамових сполук. У сталините присутній 16-20% хрому, 13-17% марганцю.

Застосування

В сучасній промисловості тверді сплави отримали широке поширення. При цьому матеріали постійно удосконалюються. Розвиток цього виробничого сектору здійснюється у двох напрямках. В першу чергу поліпшуються склади сплавів, удосконалюється технологія їх виготовлення. Крім цього, впроваджуються інноваційні способи нанесення сполук на вироби. Твердосплавний інструмент сприяє істотному підвищенню продуктивності праці. Це забезпечується високою опірністю до зносу і теплостійкістю виробів. Подібні характеристики дозволяють здійснювати роботу на швидкостях, в 3-5 разів перевищують показники для сталі. Такими перевагами, наприклад, володіють сучасні борфрези. Твердосплавні матеріали, що виготовляються із застосуванням передових технологій (електрохімічних та електрофізичних способів), у тому числі з використанням алмазних заготовок, є сьогодні одними з найбільш затребуваних в промисловості.

Розробки

Сьогодні у вітчизняній промисловості проводяться різні дослідження, що включають глибокий аналіз можливості підвищення характеристик твердих сплавів. Головним чином вони стосуються гранулометричного і хімічного складу матеріалів. В якості досить вдалого прикладу за останні кілька років можна привести з'єднання групи ТСН. Такі сплави спеціально розроблені для вузлів тертя, що працюють в агресивному кислотному середовищі. Ця група продовжує розробки нових сполук в групі ВН, запропонованих Всеросійським НИИТС. При проведенні досліджень було встановлено, що при зменшенні розміру зерна карбідної фази значно підвищуються такі характеристики, як міцність і твердість сплавів. Використання технологій регулювання та плазмового відновлення гранулометричного складу на сьогоднішній день дозволяють випускати матеріали, величина фракції в яких менше мікрона. Сплави марки ТСН сьогодні широко використовуються у виробництві вузлів нафтогазових і хімічних насосів.

Російська промисловість

Одним з передових підприємств, зайнятих у сфері виробництва і наукових розробок, виступає Кіровоградський завод твердих сплавів. КЗТС володіє великим власним досвідом по впровадженню інноваційних технологій у виробництво. Це дозволяє йому займати перші позиції на промисловому ринку Росії. Підприємство спеціалізується на випуску спечених твердосплавних інструментів і виробів, металевих порошків. Випуск налагоджено з січня 1942 року. В кінці 90-х років на підприємстві була проведена модернізація. Протягом останніх декількох років Кіровоградський завод твердих сплавів спрямовує свою діяльність на випуск удосконалених змінних багатогранних пластин з зносостійкими багатошаровими покриттями. Підприємство займається також розробкою нових безвольфрамових складів.

Висновок

Позитивний досвід багатьох промислових підприємств дозволяє припустити, що найближчим часом безвольфрамові сплави не тільки стануть ще більш популярними, але і зможуть замінити інші матеріали, використовувані для виробництва штампового і ріжучої продукції, елементів машин, що здійснюють роботу у важких умовах, пристосувань і оснащення. Сьогодні вже створена ціла група сполук на основі карбонітріда і карбіду титану. Вони застосовуються в багатьох виробничих сферах. Широко поширені, зокрема, тверді сплави ТВ4 ЛЦК20 КТН16 ТН50 ТН20. До нових розробок відносять матеріали груп танталу TaC, ніобію NbC, гафнію HfC, титану TiC. Випуск інструментів із застосуванням цих сплавів дозволяє замінити вольфрам відносно дешевими добавками, розширивши, таким чином, номенклатуру використовуваного сировини. Це, в свою чергу, забезпечує випуск виробів, що володіють специфічними властивостями, більш високими експлуатаційними характеристиками.