Металлокерамические твердые сплавы

Металлокерамические твердые сплавы представляют инструментальные материалы, состоящие из карбидов тугоплавких металлов и цементирующего металла-кобальта, играющего роль связки. Твердые сплавы обладают наиболее высокой твердостью и сохраняют её при нагреве до высоких температур.

Твердые сплавы изготавливают методом порошковой металлургии. Применяют карбиды вольфрама, титана, тантала. Твердые сплавы изготавливают в виде пластин, которые медным припоем припаивают к державке из обычной углеродистой стали. Твердые сплавы применяют для резцов, сверл, фрез и другого инструмента. При этом твердосплавный инструмент характеризуется высокой твердостью (HRА 80-97), износостойкостью в сочетании с высокой теплостойкостью (800-1000°С). Их недостатком является высокая хрупкость. Скорость резания твердыми сплавами в 5-10 раз выше, чем при применении быстрорежущих сталей.

В зависимости от состава карбидной основы различают три группы твердых сплавов: вольфрамовые, титан-вольфрамовые, титан-тантал-вольфрамовые.

Вольфрамовые твердые сплавы изготовляются на основе карбида вольфрама WC и кобальта. Сплавы этой группы обозначают буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах. Например, сплав ВКЗ содержит 3% кобальта и 97% карбида вольфрама.

Сплавы второй группы изготовляют на основе карбидов WС и TiC на кобальтовой связке. Их маркируют буквами Т, К и цифрами. Цифры после буквы Т указывают содержание карбидов титана в процентах, а цифры после буквы К - содержание кобальта. Например, в сплаве TI5K6 содержится 15% TiC, 6%Сo, остальное WCС(79%).

Для изготовления сплавов третьей группы используют карбиды вольфрама, титана, тантала и порошок кобальта в качестве связки. Эти сплавы маркируют буквами ТТК и цифрами. Цифра, стоящая после буквы ТТ, указывает суммарное содержание карбидов титана ТiС и тантала ТаС, а цифра, стоящая после буквы К - содержание кобальта. Например, сплав TT7KI2 содержит 4% ТiС, 3% ТaС, 12% C, 81% WC.

Выбор группы твердого сплава при конструировании инструментов определяется родом и механическими свойствами материала обрабатываемой заготовки и условиями работы. Обработка хрупких материалов (чугунов) по сравнению с обработкой пластичных материалов характерна для меньших температур резания. Поэтому при обработке чугуна используют менее теплостойкие, но более дешевые сплавы группы ВК. Сплавы группы ВК применяют также при резании мягких цветных металлов, обработка которых сопровождается малой интенсивностью тепловыделения. При высокоскоростном резании конструкционных углеродистых сталей и сплавов, когда температура резания высока, применение вольфрамовых сплавов не обеспечивает высокой производительности обработки, и целесообразнее использовать более теплостойкие и износостойкие сплавы группы ТК. Сплавы группы ТТК по применимости являются универсальными и их можно использовать при обработке, как сталей, так и чугуна. Основная область применения трехкарбидных сплавов - это резание с очень большими сечениями срезаемого слоя (точение и строгание), обработка с тяжелыми ударами. В этих случаях повышенная прочность титан-тантал-вольфрамовых сплавов компенсирует их пониженную теплостойкость.

При выборе марки твердого сплава в пределах каждой группы необходимо руководствоваться следующим основным правилом: чем тяжелее условия работы инструмента в силовом отношении, тем больше кобальта должен содержать сплав, а чем легче силовой режим, тем больше в сплавах должно содержаться карбидов титана и вольфрама.

Ввиду дефицитности исходного вольфрамового сырья широкое распространение получают безвольфрамовые твердые сплавы в которых в качестве основы используется карбид титана, а в качестве связки никель и молибден. Они маркируются цифрами и буквами ТН, например, ТН-20 (20% Ni + Мо ; 80% ТiС).

Минералокерамические материалы

Для изготовления режущих инструментов используют оксидную минеральную керамику, являющуюся кристаллической окисью алюминия (Аl₂O₃). Наибольшее распространение получила минеральная керамика, называемая микролитом марки ЦМ-332. Микролит так же, как и твердые сплавы, получают спеканием и термической обработкой он имеет достаточный предел прочности при сжатии (до 50 МПа) и высокую твердость (HRA 91-93), теплостойкость (около 1200°С) и износостойкость. Серьезным недостатком минеральной керамики, ограничивающим её применение, является большая хрупкость (предел прочности при изгибе до 4,5 МПа), поэтому её целесообразно использовать при обработке мягких цветных металлов. При обработке стали и чугуна применение минеральной керамики ограничивается чистовым непрерывным точением с малыми сечениями срезаемого слоя при отсутствии толчков и ударов.

Для повышения изгибной прочности минеральной керамики в её состав вводят присадки металла (вольфрама, молибдена, бора, титана и др.) в количестве до 10%; эти присадки несколько уменьшают хрупкость, но понижают и износостойкость.

Алмазы

Алмаз - самый твердый (HV около 1000 МПа) из всех материалов, химически малоактивный, не поддается действию кислот и щелочей (за исключением смеси серной кислоты с двухромовокислым калием), имеет небольшой коэффициент трения и слабую способность к адгезии (слипанию, свариванию) с металлами (кроме железа и его сплавов с углеродом), высокую теплостойкость (до 850°С), высокую износостойкость и обеспечивает получение у инструмента острой режущей кромки; недостаток алмаза - его хрупкость (предел прочности при изгибе до 4 МПа) и стоимость. Алмазы классифицируют по форме, качеству и размерам. Синтетические алмазы получают из графита при высоких давлениях и температурах; полученные кристаллы алмаза дробят в порошок. Алмазный порошок используют для изготовления алмазно-абразивного инструмента (кругов, дисков, брусков, надфилей, хонов, паст), а так же для шлифования и доводки драгоценных камней.

Алмазом также оснащают проходные и расточные резцы, торцовые фрезы и перовые сверла, которые применяют при резании цветных металлов, сплавов и неметаллических материалов. Размер алмазов, закрепленных пайкой или механическим путем в державке, рекомендуется около 1кар (кар=0,2г). Алмазы используют и для правки шлифовальных и алмазных кругов.

Эльбор

Эльбор - новый сверхтвердый синтетический материал, созданный в нашей стране на основе кубического нитрида бора. Кубический нитрид бора имеет структуру алмазного типа, но в узлах кристаллической решетки вместо атомов углерода находятся атомы азота и бора. Он обладает большой твердостью (до 900 МПа)и высокой теплостойкостью (1400°С), химически инертен по отношению к углеродосодержащим материалам и более прочен по сравнению с алмазом (предел прочности при изгибе до 10 МПа), а потому инструмент, изготовленный из эльбора, имеет высокую износостойкость.

Эльбор в виде порошка используют для изготовления шлифовальных кругов и другого абразивного инструмента, а эльбор в виде столбиков (полукристаллов) - для изготовления резцов и торцовых фрез для обработки закаленной стали и высокопрочных чугунов.

Абразивные материалы

В основном используются синтетические материалы: электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, синтетический алмаз, эльбор.

Электрокорунд является кристаллической окисью алюминия Аl₂O₃ получаемой путем электроплавки бокситов, которые состоят в основном из окиси алюминия и некоторых примесей. При плавке из бокситов выделяются примеси, а окись алюминия кристаллизуется. Твердость (HV I80-270 МПа) и вязкость корунда зависят от содержания окиси алюминия. Чем больше в корунде окиси алюминия, тем больше твердость и меньше вязкость (выше хрупкость). В зависимости от содержания окиси алюминия, примесей и присадок электрокорунд делится на четыре вида:

- нормальный электрокорунд содержит 91-96% кристаллической окиси алюминия Аl₂O₃;

- белый электрокорунд изготовляется из чистого глинозема и содержит свыше 99% Аl₂O₃. Нормальный и белый электрокорунды применяют при обработке металлов и сплавов с высоким пределом прочности на разрыв (стали, ковкий чугун, мягкие бронзы);

- монокорунд содержит 97-98% Аl₂O₃ окиси железа Fe₂O₃ и получается непосредственно в виде зерен. Имеет более высокие режущие свойства, чем нормальный и белый электрокорунды, и применяется при шлифовании труднообрабатываемых легированных сталей и сплав;

- легированный электрокорунд (хромистый и титанистый). Легирование зерен электрокорунда окислами хрома повышает его ударную вязкость и "абразивные свойства; легирование окислами титана погашает прочность зерна электрокорунда»

Карбид кремния является химическим соединением кремния и углерода (Si С). Он получается из кварцевого песка при сплавлении его с углеродом (коксовым порошком). Карбид кремния имеет высокие твердость, теплостойкость (до 2050°С) и режущие свойства. Карбид кремния выпускается двух видов: черный (более 98% Si С) и зеленый (более 98,5% Si С).

Черный карбид кремния менее качественен, чем зеленый. Зеленый карбид кремния имеет несколько большую твердость (НV до 360 МПа) и обеспечивает большую производительность.

Карбид бора (В₄С) является химическим соединением бора с углеродом. Он обладает большой твердостью, приближающейся к самому твердому материалу - алмазу, но хрупок. Карбид бора применяют для доводки твердых сплавов, при притирочных работах, требующих применения режущего инструмента высокой твердости.

Для соединения зерен в одно целое применяют связующие вещества, так называемые связки. От связок зависят прочность удержания зерен в круге и прочность самого круга, при вращении которого возникают большие центробежные силы. Применяются следующие виды связок:

1) вулканитовая (В);

2) бакелитовая (Б);

3) глифталевая (Г);

4) керамическая (К).

Вулканитовая связка (В1,В2,ВЗ, и др.) состоит из каучука
(резины) и серн (30%). Она получается смешением размягченной
бензином резины с серой. Абразивный инструмент, изготовленный
на вулканитовой связке, обладает высокой прочностью, эластичностью, и не боится влаги. Недостатком этой связки является
быстрое засаливание абразивного инструмента, снижающее его
производительность.

Бакелитовая связка (Б1, Б2 и др.) состоит из бакелита - искусственной смолы, приготовленной из карболовой кислоты и формалина. Круги на этой связке прочны, эластичны, допускают большие окружные частоты вращения» но разрушаются от действия щелочной охлаждающей жидкости. Во избежание этого рекомендуется пропитка круга парафином.

Глифталевая связка (синтетическая смола из глицирина и фталевого ангидрида) применяется для изготовления абразивного инструмента, который необходим для доводочных и полировальных работ.

Керамическая связка (КО, KI, КЗ и др.) приготовляется из огнеупорной глины, полевого шпата, кварца, талька, мела и жидкого стекла. Основным материалом являются первые три. Связка эта огнеупорная и химически стойка, а абразивные инструменты, приготовленные на ней, обладают большой производительностью, хорошо сохраняют профиль рабочей кромки, не боятся влаги. Недостатком керамической связки является хрупкость, что делает абразивные инструменты чувствительными к ударной нагрузке. Обозначения абразивных материалов - в таблице.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: