Твёрдые сплавы — тдёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900—1150°С. В основном изготовляются на основе карбидов вольфрама,титана, тантала при различном содержании кобальта.
Типы твёрдых сплавов
Твердые сплавы можно разделить на следующие группы:
1 – литые твердые сплавы, получаемые методом плавки и литья. Примером литых твердых сплавов служит рэлитный сплав WC-WC2 (содержит 3,7-4,0% С) с твердостью 91-92 HRA. Его получают в виде крупных зерен плавкой с последующим дроблением слитков или разбрызгиванием расплавов; применяют рэлит главным образом для наварки на соприкасающиеся с породой части работающего с большими усилиями бурового инструмента; для тех же целей разработаны безвольфрамовые твердые сплавы на основе боридов и других износостойких твердых соединений. К литым относится большая группа твердых сплавов, напыляемых или наплавляемых на детали механизмов и машин, подверженные абразивному износу, эрозии или коррозии, например стеллиты (Cr,W,Ni,C, основа Со), сормайты (Cr,Ni,C, основа Fe), стеллитоподобные (основа Ni) и др. Их применение позволяет в 2-4 раза увеличить срок службы быстроизнашивающихся деталей механизмов и машин, в том числе автомашин, тракторов, комбайнов и т.д. Литые твердые сплавы предназначены для наплавки на оснащаемый инструмент и проходят не только механическую, но часто и термическую обработку (закалка, отжиг, старение и др).
2 – спеченные твердые сплавы, получаемые методом порошковой металлургии в виде многогранных пластинок и фасонных цельнотвердосплавных изделий. Их с большой эффективностью применяют для обработки металлов, сплавов и неметаллических материалов резанием, для бесстружковой обработки (волочение, прокатка, штамповка и т.п.) для оснащения рабочих частей буровых инструментов и как конструкционные материалы. Благодаря применению твердых сплавов достигается существенная интенсификация процессов в машиностроении и металлообработке, в добыче руд, каменного угля, нефти, газа и др. полезных ископаемых. Заменив инструментальные стали, твердые сплавы способствовали технической революции в металлообрабатывающей и горнодобывающей промышленности, где стойкость инструмента, оснащенного твердыми сплавами повысилась в 15-100 раз, что обусловило производительность труда в 3-5 раз.
Главной особенностью спеченных твердых сплавов является то, что они поддаются только обработке шлифованием или физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др), а Порошковые твердые сплавы закрепляются на оснащаемом инструменте методами пайки или механическим закреплением.
Спечённые твёрдые сплавы
Композиционные материалы, состоящие из металлоподобного соединения, цементированного металлом или сплавом. Их основой чаще всего являются карбиды вольфрама или титана, сложные карбиды вольфрама и титана (часто также и тантала), карбонитрид титана, реже — другие карбиды, бориды и т. п. В качестве матрицы для удержания зерен твердого материала в изделии применяют так называемую «связку» - металл или сплав. Обычно качестве «связки» используют кобальт, реже — никель, его сплав с молибденом (никель-молибденовая связка).
Для обработки металлов резанием применяются следующие спеченные твердые сплавы:
Спеченные твердые сплавы применяемые в современной мировой промышленности:
|
Марка
сплава
|
WC %
|
TiC %
|
TaC %
|
Co %
|
Прочность(σ)на изгиб,МПа
|
ТвердостьHRA
|
Плотность(ρ),г/см3
|
Теплопроводность
(λ),Вт/(м·°С)
|
Е,ГПа
|
|
ВК2
|
98
|
—
|
—
|
2
|
1200
|
91,5
|
15,1
|
51
|
645
|
|
ВК3
|
97
|
—
|
—
|
3
|
1200
|
89,5
|
15,3
|
50,2
|
643
|
|
ВК3-М
|
97
|
—
|
—
|
4
|
1550
|
91
|
15,3
|
50,2
|
638
|
|
ВК4
|
96
|
—
|
—
|
4
|
1500
|
89,5
|
14,9-15,2
|
50,3
|
637,5
|
|
ВК4-В
|
96
|
—
|
—
|
4
|
1550
|
88
|
15,2
|
50,7
|
628
|
|
ВК6
|
94
|
—
|
—
|
6
|
1550
|
88,5
|
15
|
62,8
|
633
|
|
ВК6-М
|
94
|
—
|
—
|
6
|
1450
|
90
|
15,1
|
67
|
632
|
|
ВК6-ОМ
|
94
|
—
|
2
|
6
|
1300
|
90,5
|
15
|
69
|
632
|
|
ВК8
|
92
|
—
|
—
|
8
|
1700
|
87,5
|
14,8
|
50,2
|
598
|
|
ВК8-В
|
92
|
—
|
—
|
8
|
1750
|
89
|
14,8
|
50,4
|
598,5
|
|
ВК10
|
90
|
—
|
—
|
10
|
1800
|
87
|
14,6
|
67
|
574
|
|
ВК10-ОМ
|
90
|
—
|
—
|
10
|
1500
|
88,5
|
14,6
|
70
|
574
|
|
ВК15
|
85
|
—
|
—
|
15
|
1900
|
86
|
14,1
|
74
|
559
|
|
ВК20
|
80
|
—
|
—
|
20
|
2000
|
84,5
|
13,8
|
81
|
546
|
|
ВК25
|
75
|
—
|
—
|
25
|
2150
|
83
|
13,1
|
83
|
540
|
|
ВК30
|
70
|
—
|
—
|
30
|
2400
|
81,5
|
12,7
|
85
|
533
|
|
Т5К10
|
85
|
6
|
—
|
9
|
1450
|
88,5
|
13,1
|
20,9
|
549
|
|
Т5К12
|
83
|
5
|
—
|
12
|
1700
|
87
|
13,5
|
21
|
549,3
|
|
Т14К8
|
78
|
14
|
—
|
8
|
1300
|
89,5
|
11,6
|
16,7
|
520
|
|
Т15К6
|
79
|
15
|
—
|
6
|
1200
|
90
|
11,5
|
12,6
|
522
|
|
Т30К4
|
66
|
30
|
—
|
4
|
1000
|
92
|
9,8
|
12,57
|
422
|
|
ТТ17К12
|
81
|
4
|
3
|
12
|
1700
|
87
|
13,3
|
|
|
|
ТТ8К6
|
84
|
8
|
2
|
6
|
1350
|
90,5
|
13,3
|
|
|
|
ТТ10К8-Б
|
82
|
3
|
7
|
8
|
1650
|
89
|
13,8
|
|
|
|
ТТ20К9
|
67
|
9,4
|
14,1
|
9,5
|
1500
|
91
|
12,5
|
|
|
|
ТН-20
|
—
|
79
|
(Ni15%)
|
(Mo6%)
|
1000
|
89,5
|
5,8
|
|
|
|
ТН-30
|
—
|
69
|
(Ni23%)
|
(Mo29%)
|
1100
|
88,5
|
6
|
|
|
|
ТН-50
|
—
|
61
|
(Ni29%)
|
(Mo10%)
|
1150
|
87
|
6,2
|
|
|
Современные сверхтвердые сплавы представляют собой полученную спеканием смесь карбидов вольфрама и некоторых других элементов (титана, ниобия, тантала). При этом зерна карбидов как бы цементируются кобальтом. Такие материалы, называемые металлокерамическими, не теряют твердости даже при 1000°С, допуская тем самым колоссальные скорости обработки металла. Твердость одного из сплавов на основе карбида вольфрама—«рэлита» настолько велика, что, если по образцу из этого сплава провести напильником, то на нем (на напильнике!) остается борозда.
Применение
Твердые сплавы широко применяются в промышленности для наплавки быстроизнашивающихся поверхностей, для наплавки и напайки режущих инструментов.
- Обработка резанием конструкционных материалов: резцы, фрезы, сверла, протяжки и прочий инструмент.
- Оснащение измерительного инструмента: оснащение точных поверхностей микрометрического оборудования и опор весов.
- Клеймение: оснащение рабочей части клейм.
- Волочение: оснащение рабочей части волок.
- Штамповка: оснащение штампов и матриц(вырубных, выдавливания и проч.).
- Горнодобывающее оборудование: напайка спеченных и наплавка литых твердых сплавов.
- Производство износостойких подшипников: шарики, ролики, обоймы и напыление на сталь.
- Рудообрабатывающее оборудование: оснащение рабочих поверхностей.
Твердые сплавы являются основным инструментальным материалом, обеспечивающим высокопроизводительную обработку материалов резанием. Сейчас общее количество твердосплавного инструмента, применяемого в механообрабатывающем производстве, составляет до 30%, причем этим инструментом снимается до 65% стружки, так как скорость резания, применяемая при обработке этим инструментом в 2-5 раз выше, чем у быстрорежущего инструмента.
Основой всех твердых сплавов являются карбиды металлов, которые представляют собой химические соединения металла с углеродом.
Способность твердых сплавов сохранять достаточно высокую твердость и сопротивляться деформированию при высокой температуру в сочетании с удовлетворительной прочностью является важным преимуществом перед другими инструментальными материалами. Выпускаемые твердые сплавы новых марок, сменных многогранных пластин и режущего инструмента на их основе нашли свое применение во всех отраслях промышленности с высокой эффективностью.
Породоразрушающий инструмент, армированный твердыми сплавами, в настоящее время применяют при бурении практически всех разновидностей горных пород.
Развитие твердосплавного производства целиком зависит от развития тех отраслей промышленности, где находит свое применение. |
