§ 32. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ И МИНЕРАЛОКЕРАМИКА

Твердые сплавы. Твердые сплавы изготовляют на основе тугоплавких карбидов, обладающих высокой твердостью, прочностью, износостойкостью, жаростойкостью. Эти свойства сохраняются достаточно высокими при нагреве до 800-1000°С. По способу производства твердые сплавы делят на литые и металлокерамические, получаемые спеканием порошков карбидов вольфрама, титана и тантала с кобальтом. Последний вводят для придания сплавам вязкости.
Литые твердые сплавы изготовляют в виде специальных электродов (ГОСТ 10051-75), пригодных для наплавки (наварки) на инструмент или детали. Сплавы В2К, ВЗК (стеллиты), сормайт относят к литым сплавам. Стеллиты представляют собой сплавы на основе вольфрама, хрома и кобальта. Эти сплавы наплавляют на рабочую поверхность новых или изношенных деталей и инструментов: штампов, ножей для резания металла, центров токарных станков и др. Наплавку осуществляют с помощью ацетиленокислородного пламени или электрической дуги. Наплавленный слой стеллита имеет структуру эвтектики, состоящей из твердого раствора и карбидов хрома. Механические свойства наплавленного слоя будут тем выше, чем больше скорость его охлаждения, так как зерна будут получаться мельче. Наплавленный слой термической обработке не подвергают. Детали или инструмент, предназначенные для наплавки, изготовляют из углеродистой стали, этим достигается экономия дорогостоящих легированных сталей. Наплавлять указанные сплавы можно как на стальные, так и на чугунные детали.
К литым твердым сплавам относят также сормайты - высокоуглеродистые хромистые сплавы на железохромовой основе. Они представляют собой либо заэвтектический высокохромистый чугун со структурой первичных карбидов и эвтектикой (сормайт № 1), либо доэвтектический белый хромистый чугун со структурой перлита и карбидной эвтектики (сормайт № 2). Сормайты изготовляют в виде прутков диаметром 5-7 мм и применяют для наплавки чугунных и стальных деталей и инструментов, работающих при нормальных и высоких температурах в условиях трения скольжения. Слой, наплавленный сормайтом № 1, имеет твердость HRC48-50. Термической обработке его не подвергают. Слой, наплавленный сормайтом № 2, подвергают отжигу при температуре 850-900°С с последующей закалкой в масле и высоким отпуском. Стойкость деталей и инструмента, покрытых литыми твердыми сплавами, повышается в 12 раз и более. Зернистые (или порошкообразные) твердые сплавы изготовляют в виде порошка или крупки с величиной зерна 1-3 мм. К зернистым сплавам относят сталинит, применяют в качестве заменителя стеллитов для повышения износостойкости деталей сельскохозяйственных машин, буровых долот и т. д. Сталинит содержит 8% С, 13% Мп, 3% Si, 18% Сг и др. Зернистые сплавы используют как наполнитель трубчатого электрода или в виде присадочного порошка для наплавки. Наплавку производят различными способами, чаще всего применяют различные виды электродуговой сварки.
Металлокерамические твердые сплавы представляют собой твердый раствор карбидов вольфрама (WC), титана (TiC), тантала (ТаС) в металлическом кобальте (Со). Изделия из металлокерамических сплавов выпускают в виде пластинок для оснащения рабочей части металлорежущего инструмента (резцов, сверл, фрез, разверток).
Металлокерамические твердые сплавы (ГОСТ 3882-74) подразделяют на три группы: вольфрамовую, титановольфрамовую, титанотанталовольфрамовую.
Вольфрамовые твердые сплавы (например, ВКЗ, ВКЗМ, ВК6, ВК8, ВК8В и др.) применяют при обработке хрупких материалов: чугуна, бронзы, фарфора, стекла. Сплавом ВК6М оснащают режущий инструмент для чистовой и получистовой обработки отбеленных чугунов, жаропрочных сталей, пластмасс. Сплавом ВК8В оснащают инструмент для бурения, волочения, чернового точения жаропрочных и нержавеющих сталей. Буква В в конце марки указывает, что сплав крупнозернистый, буква М - мелкозернистый.
Мелкозернистые и крупнозернистые вольфрамовые высококобальтовые твердые сплавы ВК20, ВК25, ВКЗО и новые твердые сплавы ВК15В, ВК20В и ВК25В, обладающие высокой прочностью и ударной вязкостью, применяют для изготовления твердосплавных штампов, работающих в условиях больших ударных нагрузок. Стойкость твердосплавных штампов по сравнению со стальными возрастает в 30-50 раз, чем обеспечивает большой экономический эффект.
Титановольфрамовые твердые сплавы (Т5К10, Т15К6, Т30К4 и др.) предназначены для обработки вязких материалов: стали, латуни. Сплавом Т5К10, например, оснащают режущий инструмент для чернового точения, а также чернового и чистового строгания сталей по корке и окалине (включая стальные поковки, штампованные заготовки и отливки).
Титанотанталовольфрамовые твердые сплавы ТТ7К12 и ТТ10К8Б используют для черновой обработки стальных поковок. Эти сплавы имеют более высокую вязкость, износостойкость и прочность (σв=1550 МПа), чем твердые титановольфрамовые и вольфрамовые сплавы.
Маркировка вольфрамовых твердых сплавов означает, например, для сплава ВК8, что в нем содержится примерно 92% карбидов вольфрама и 8% кобальта. В титановольфрамовом сплаве Т30К4 содержится примерно 30% карбидов титана, 4% кобальта и остальное - карбиды вольфрама (66%). В титанотанталовольфрамовом сплаве ТТ7К12 сумма содержания карбидов тантала и карбидов титана составляет примерно 7%, кобальта 12%, остальное - карбиды вольфрама (81%). Аналогично расшифровываются и остальные марки твердых сплавов.
Пластифицированные твердые сплавы применяют для изготовления сложных по форме инструментов (сверл, зенкеров, разверток и т. п.), а также инструментов небольших размеров, которые трудно оснастить пластинками из твердого сплава. Пластифицированным твердым сплавом называют спрессованный порошок, погруженный в кипящий парафин при температуре 400°С и составляющий с ним после остывания однородную массу. Брикеты из пластифицированного твердого сплава легко поддаются обработке резанием, прессованию и выдавливанию через фасонные фильеры. Изготовленный одним из этих методов инструмент подвергают спеканию в специальных печах при температуре 1300°С. После спекания инструмент, обладающий необходимой твердостью, подвергают чистовой обработке и затачиванию. Режущий инструмент, изготовленный из пластифицированного твердого сплава, обеспечивает более высокое качество обработанных поверхностей изделия, по сравнению с инструментом, оснащенным пластинками твердого сплава.
Минералокерамика - это синтетический материал, в основу которого положен технический глинозем (Al₂O₃). Широкое применение в настоящее время получила минералокерамика марки ЦМ-332 - микролит. По твердости (HRA 91-93), тепло- и износостойкости он превосходит твердые сплавы. К недостаткам микролита относят низкую прочность и большую хрупкость. Инструменты, оснащенные пластинками микролита, не теряют своей твердости при нагревании в процессе работы до 1200°С. Поэтому их с большой эффективностью применяют в условиях безударной нагрузки при чистовой и получистовой обработке стальных и чугунных деталей, цветных металлов и их сплавов, неметаллических материалов на высоких скоростях с небольшими глубинами резания и подачами.
Технология изготовления пластинок микролита следующая: подготовленный порошок формуют, прессуют, а затем спекают при температуре 1750-1900°С. Пластинки можно получить также литьем под давлением. К державкам инструментов пластинки крепят путем припаивания или механическим креплением. Для пайки необходимо предварительно произвести металлизацию пластинок, т. е. покрыть их поверхность тонким слоем какого-либо металла, пригодного для осуществления пайки.
Эксплуатационные характеристики минералокерамики улучшают добавлением в нее вольфрама, молибдена, бора, титана, никеля и т. д. Такие материалы называют керметами. Их используют при обработке резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов.