Класифікація і застосування металокерамічних твердих сплавів
Металокерамічні тверді сплави — це сплави із особливо твердих тугоплавких з'єднань у поєднанні з в'язким зв'язуючим металом.
Найбільше практичне застосування для виробництва металокерамічних твердих сплавів мають карбіди (WC, ТіС і ТаС). Зв’язуючи металом у спечених твердих сплавах є кобальт, а інколи нікель і залізо.
Залежно від складу карбідної фази тверді сплави поділяють на три основні групи: однокарбідні сплави WC — Со (типу ВК), двокарбідні WC ТіС — Со (типу ТК), трикарбідні WC — ТС — ТаС — Со (типу ТТК).
Сплави першої групи (ВК) відрізняються за вмістом кобальту (2...ЗО %) і за зернистістю карбідної фази. Зі збільшеним вмісту кобальту зростає в'язкість сплаву, але знижується твердість і стійкість до спрацювання.
Марки однокарбідних сплавів розшифровуються так: ВК6 — вольфрамовий металокерамічний твердий сплав, що містить 6 % кобальту (Со), 94 % карбіду вольфраму (WC).
Однокарбідні сплави застосовують для виготовлення різальних різних інструментів, призначених для обробки крихких матеріалів: чавунів, кольорових металів і сплавів, неметалевих матеріалів (гуми, пластмас і фібри), а також неіржавних і жароміцних сталей, титану і його сплавів. Сплави з низьким вмістом кобальту ВК-2, ВКЗ, ВКЗМ, ВК4 застосовують для чистової і напівчистової обробки, а сплави ВК6, ВК6М і ВК8 — для чорнової. В'язкі сплави з великим вмістом кобальту (понад 20 %) використовують для штампувальних інструментів, які працюють при значних ударних навантаженнях. Дрібнозернисті тверді сплави (ВКЗМ, ВК6М) застосовують при обробці твердих чавунів. Літера В у кінці марки сплаву, наприклад ВК4В, означає, що сплав виготовлений із крупнозернистого карбіду вольфраму, а літера Μ означає, що сплав дрібнозернистий.
Сплави другої групи (ТК) мають високу твердість і стійкість до спрацювання, застосовують їх переважно для інструментів швидкісної обробки сталей різанням.
Властивості сплавів визначаються вмістом карбіду титану і кобальту. Зі збільшенням вмісту ТіС підвищується стійкість до спрацювання і зменшується його міцність, а збільшення вмісту кобальїу зумовлює підвищення в'язкості і зниження твердості.
Найвищу для двокарбідних сплавів стійкість до спрацювання і допустиму швидкість різання при чистовій обробці має сплав Т30К4. Сплави Т15К6, Т5К10 призначені для чорнової обробки вуглецевих і легованих сталей (поковок, штамповок, відливків). Сплав Т5К12В застосовують для стругання вуглецевих, легованих сталей і чавунів. Ця марка означає, що це титановольфрамовий металокерамічний твердий сплав із вмістом 5 % ТіС, 12 % Со, решта — WC.
Сплави третьої групи (ТТК) застосовують для чорнової і чисто-вої обробки важкооброблюваних матеріалів, у тому числі жароміцних сплавів і сталей. Додавання карбіду танталу позитивно впливає на міцність і різальні властивості сплавів. До цієї групи належать такі марки: ТТ7К12, ТТ7К15, ТТ8К6, ТТ20К9 та ін. Позначення, наприклад, ТТ7К12 означає: титанотанталовольфрамовий твердий металокерамічний сплав, що містить 8 % ТіС + ТаС, б % Со, решта — WC.
У зв'язку з дефіцитом твердих сплавів на основі вольфраму застосовують сплави на основі карбідів ванадію, молібдену, хрому. Наприклад, твердий сплав на основі карбіду хрому має вищу жаростійкість, ніж сплави ВК і ТК, високу стійкість до спрацювання. Нині почали застосовувати безвольфрамові тверді сплави групи TiC-Ni-Mo (монітикар), які за своїми властивостями переважають титановольфрамові сплави. Ці сплави призначені для обробки в умовах безударних навантажень вуглецевих сталей і сплавів. Випускають такі марки сплавів: A3, Б2, БЗ, Б4, Б5, ВЗ, ГЗ і ДЗ (44,3 % ТіС, 37,4 % Ni, 18,3 % Mo), які мають низький коефіцієнт тертя і високу стійкість до спрацювання.
Тверді сплави одержують пресуванням порошків карбідів і кобальту у виріб потрібної форми з наступним спіканням при 1250...1450 °С в атмосфері водню або у вакуумі. Тверді сплави частіше виготовляють у вигляді стандартних пластин різної форми для оснащення ними різців, фрез, свердел та інших різальних інструментів, а також різних матриць для пресування напівфабрикатів і волочіння дроту.
Мінералокерамічні тверді сплави виготовляють із дешевого матеріалу — оксиду алюмінію. Мінералокерамічні тверді сплави — термокорунд і мікроліт (ЦМ-332) випускають у вигляді пластинок. Мінералокераміка характеризується великою твердістю і термостійкістю (до 1600 °С), тому її використовують при високих швидкостях різання для чистової і напівчистової обробки чавуну, сталі та інших матеріалів. Проте мінералокераміка має високу крихкість і низькі показники механічної міцності, що обмежує можливості її застосування.
Застосування твердих сплавів для ремонту техніки
З метою підвищення строку роботи деталей сільськогосподарських машин, які швидко спрацьовуються, застосовують наплавлення твердими сплавами. Найбільший опір спрацюванню мають сплави, які містять карбіди твердих металів. Нині наплавлення твердими сплавами проводять не тільки при відновленні спрацьованих деталей, а й при виготовленні нових. Це залежно від виду твердого сплаву і технології наплавлення в 2... 10 разів підвищує стійкість до спрацювання деталей; значно скорочуються потреба в нових деталях, час простоювання машин і механізмів.
Залежно від способу виготовлення сучасні тверді сплави поділяють на два класи: литі і порошкові. До литих належать стеліти В2К, ВЗК, ВЗК-ЦЭ, стелітоподібні сплави сормайт № 1 і сормайт №2, порошкові електроди і стрічки. Масова частка сормайту № 1 (сормайту № 2) становить відповідно: вуглецю 3,3...3,5% (1,5...2,0%), хрому 25...31 (13,5... 17,5), нікелю 3...5 (1,3...2,5), мангану до 1,5 (1,0), силіцію 2,8...4,2 (1,5...2,2), сірки і фосфору до 0,08 % (до 0,7 %), решта — залізо. До порошкових сплавів належать сталініт, вокар, ВИСХОМ-9 і боридна суміш.
Стеліти і стелітоподібні сплави — це твердий розчин карбіду хрому в кобальті, нікелі або в залізі. Основою твердого розчину стелітів є кобальт, а стелітоподібних сплавів — нікель або залізо. Ці слави випускають у вигляді литих дротиків і застосовують як присадний метал при наплавленні деталей машин, які працюють в умовах сухого, напівсухого і рідинного тертя в холодному і гарячому станах.
Порошкові електроди і стрічки застосовують при наплавленні ножів бульдозерів і скреперів, опорних котків тракторів і екскаваторів. Механічні властивості металу, наплавленого порошковими електродами і стрічками, у разі потреби можна змінити за рахунок хімічного складу наповнювача. На стрижні порошкового дроту наносять покриття, яке також впливає на хімічний склад наплавленого металу. Найпоширенішими і доступнішими наповнювачами порошкових електродів і стрічок є доменний фероманган і сталініт.
Порошкові електроди маркують так: ЭТН-1 з шихтою із доменного феромангану, ЭТН-2 з шихтою зі сталініту, ЭТН-3 з шихтою із доменного феромангану з добавленням 6...7% нікелю. Твердість металу, наплавленого такими електродами, досягає 60...61 HRC.
Шихта поліпшеного сталініту містить 38 % ферохрому, 11 % феромангану, 47 % чавунного порошку і 4 % нафтинного коксу, В наплавленому металі міститься близько 20 % хрому, 17 % мангану, 3 % силіцію і до 10 % вуглецю. Твердість металопокриття, одержаного при одному шарі наплавлення, становить 50 HRC, при двошаровому — 56...57 HRC. Цю шихту застосовують при наплавленні робочих органів подрібнювачів, зубів ковшів екскаваторів та інших деталей.
Вокар — це механічна суміш подрібненого вольфраму з вуглецем. У наплавленому металі містяться складні карбіди вольфраму, який перебуває у твердому розчині. Наплавлений метал містить до 10 % вуглецю, до 3 % силіцію, 85...87 % вольфраму і до 2 % заліза. Металопокриття має високу твердість, стійкість до спрацювання і крихкість. Перший шар наплавлення має твердість 56...58 HRC, другий — 61...63 HRC. Вокаром наплавляють тільки буровий інструмент. Висока вартість, а також властивості наплавленого шару обмежують його застосування.
Шихта ВИСХОМ-9 складається з 74 % подрібненої стружки сірого чавуну, 15 % феромангану, 5 % ферохрому, 6 % сріблистого графіту, зв'язаних між собою розчином рідкого скла. Метал, наплавлений такою шихтою, має твердість 55...56 HRC. Цією шихтою наплавляють лапи культиваторів, лемеші, польові дошки плуга та ін.
Боридна суміш БХ — це механічна суміш, яка містить 50 % бориду хрому і 50 % залізного порошку. Наплавлений метал містить близько 0,12% вуглецю, 35% хрому, 7,63% бору і 57,25% заліза; його твердість 82...84 HRC, а стійкість до спрацювання у 2...З рази вища, ніж при наплавленні сталінітом. Цей сплав застосовують для наплавлення деталей, які працюють в абразивному середовищі без ударних навантажень.
