Твердые сплавы

Твердые сплавы являются спеченными порошковыми материалами на основе твердых тугоплавких соединений переходных металлов. Основой большинства твердых сплавов является карбид вольфрама, наряду с ним используются карбид и карбонитрид титана и карбид тантала. В качестве связующего материала главным образом используется кобальт, а в ряде сплавов никель с молибденом.

Твердые сплавы имеют значительно более высокую красностойкость (выше 800-1000 °С), твердость и износостойкость, чем быстрорежущая сталь. Однако их вязкость меньше и они весьма чувствительны к действию ударных нагрузок.

Твердые сплавы изготовляют методами порошковой металлургии, смешивая порошки карбида и связующего металла, спрессовывая их в формы и спекая при высокой температуре (1250-1500 °С). Такой инструмент не подвергается термической обработке, а лишь затачивается. Марки твердых сплавов регламентируются ГОСТ 3882-74. В марках твердых сплавов буквы обозначают: В – карбид вольфрама, Т – карбид титана, ТТ – карбиды титана и тантала, КНТ – карбонитрид титана, К – кобальт, Н – никель. Цифры после букв – содержание этих веществ в процентах, а для букв ТТ – сумму содержания карбидов титана и тантала. Содержание карбида вольфрама не указывается, оно определяется по разности. В безвольфрамовых сплавах в качестве связующего металла используют никель в смеси с 20-25 % Мо.

Классификация твердосплавных материалов:

– вольфрамокобальтовые (ВК3, ВК5, ВК8, ВК10);

– титановольфрамакобальтовые (Т15К6, Т5К12, Т30К4);

– титанотанталовольфрамокобальтовые (ТТ7К10, ТТ20К9 и др.);

– безвольфрамовые (ТН20, КНТ16).

Твердые сплавы широко применяют для обработки материалов резанием, для оснащения горного инструмента, быстроизнашивающихся деталей машин, узлов штампов, инструмента для волочения, калибровки, прессования и т.д. Твердосплавный инструмент очень дорог, поэтому из него изготовляют лишь режущую или изнашиваемую часть инструмента.

В перспективе в качестве инструментальных материалов будут применяться вещества с преимущественно химической связью между атомами, обладающие вследствие этого наиболее высокими значениями твердости и теплостойкости: металлокерамика (Аl₂О₃), нитриды, бориды и другие сверхтвердые материалы. Перспективным является использование способов упрочнения поверхностных слоев инструмента путем нанесения покрытий из нитридов титана, молибдена и других твердых соединений.

4.2. Штамповые стали

Стали, применяемые для изготовления инструмента, предназначенного для изменения формы материала деформированием без снятия стружки, относятся к штамповим.

По условиям работы штамповые стали делят на стали для инструмента холодного деформирования и стали для инструмента горячего деформирования. К штамповым сталям условно можно отнести и стали для прокатных валков.

Стали для инструмента холодного деформирования

Эти стали применяются для изготовления пробивных, вырубных штампов, волочильных фильер и колец и т.п. Они должны иметь высокую твердость и износостойкость, достаточную пластичность и вязкость (особенно для инструментов, работающих при динамических нагрузках), прокаливаемость (для инструментов большого сечения), сопротивление смятию (для инструментов, работающих при больших нагрузках, 2000 МПа), теплостойкость (для инструментов, работающих в тяжелых условиях при разогреве до 300-400С).

По основным свойствам штамповые стали для инструмента холодного деформирования можно классифицировать:

1) стали с нормальной износостойкостью;

2) стали повышенной (высокой) износостойкости;

3) стали с высоким сопротивлением смятию;

4) высокопрочные стали с повышенной ударной вязкостью.

В качестве сталей с нормальной износостойкостью могут применяться нетеплостойкие углеродистые или низколегированные стали с повышенным содержанием углерода (эвтектоидные, чаще – заэвтектоидные). Углеродистые стали У8, У9, У10, У13 имеют небольшую прокаливаемость и применяются для мелких штампов при разогреве до 200 С. В низколегированных сталях основными легирующими элементами являются хром, марганец, кремний, иногда ванадий (9ХС, 9ХГС, 9ХСФ, 9ХФ и др.). Эти стали имеют высокую твердость после закалки (HRC60-63 и выше), достаточную вязкость, пониженные температуры аустенитизации (780-800С), хорошую обрабатываемость резанием в отожженном состоянии. Однако пониженная теплостойкость и износостойкость ограничивает их применение. Их применяют для мелких инструментов, работающих в нетяжелых условиях.