2. 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 используется 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 формы и спекая при высокой температуре (1250 – 1500 °С). Такой инструмент не подвергается термической обработке, а лишь затачивается.

В приложение 6 приведены наиболее типичные твердые сплавы и их свойства.

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 %, 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.

Твердые сплавы широко применяют для обработки материалам резанием для оснащения горного инструмента, быстроизнашивающихся деталей машин, узлов штампов, инструмента для волочения, калибровке, прессования и т.д. Твердосплавный инструмент очень дорог, поэтому из него изготовляют лишь режущую или изнашиваемую часть инструмента. Державки же инструмента изготовляют из обычной конструкционной или инструментальной стали. Безвольфрамовые твердые сплавы являются весьма перспективными. Эти сплавы по основным свойствам не уступают вольфрамсодержащим твердым сплавам. Применяют их вместо сплавов ВК6, Т30К4, Т15К6, Т4К8 и др; что позволяет экономить дефицитные вольфрамы и кобальт.

В перспективе в качестве инструментальных материалах будут применяться вещества с преимущественно химической связью между атомами, обладающие вследствие этого наиболее высокими значениями твердости и теплостойкости: металлокерамика (Аl₂O₃), нитриды, бориды и другие сверхтвердые металлы. Перспективным является использование способов упрочнения поверхностных слоев инструмента путем нанесения покрытий из нитридов титана, молибдена и других твердых соединений.

4. Стали для прокатных валков

Стали для прокатных валков подразделяют на стали для валков горячей и холодной прокатки.

Стали для валков горячей прокатки. Валки для горячей прокатки можно изготовлять литыми и цельноковаными. В настоящее время большой объем валков для горячей прокатке получают методом литья. Для изготовления валков горячей прокатке применяют конструкционные машиностроительные стали (50, 55, 40ХН, 50ХН и др.), инструментальные стали (У10, У12, 9ХФ, 9Х2МФ и др.), а также специальные стали (150ХНМ, 180СХНМ и др.). Механические свойства сталей для валков горячей прокатки после термической обработке приведены ниже, не менее:

	σВ, МПа	δ, %	KCU, МДж/м2	НВ
55Х…………………….	665/705	10/9	—	(223-277)/(255-293)
60ХГ…………………..	665/705	10/8	0,25/0,25	229-285/255-300
60ХН…………………..	665/705	10/10	0,25/0,25	229-285/255-302

Твердость сталей 9Х и 9ХФ после нормализации и отпуска НВ 241 – 285, после закалки и отпуска НВ 352 – 429; сталей 9Х2МФ и 150 ХНМ после закалки и отпуска соответственно НВ 352 – 429 и НВ 260 – 290.

Увеличение содержания углерода в сталях для валков горячей прокатки повышает их твердость, но снижает вязкость. Легирование повышает комплекс механических свойств сталей и увеличивает прокаливаемость их, однако, при этом усложняется их термическая обработка, особенно сталей для литых валков.

Для валков горячей прокатки широко используют легированные чугуны с содержанием углерода в пределах 2,8 – 3,9 %.

Типовой обработкой валковых сталей является закалка с отпуском или нормализация и отпуск. В ряде случаев (заэвтектоидные, ледебуритные стали, например, 150ХНМ) применяют двойную или тройную нормализацию с отпуском, чтобы разбить сетку избыточного цементита.

Стали для валков холодной прокатки должны обеспечивать следующие требования:

• высокую твердость поверхностного слоя;

• высокое сопротивление износу;

• достаточную вязкость;

• высокую прокаливаемость;

• хорошую полируемость.

Для валков холодной прокатки применяют легированные стали с повышенным содержанием углерода. Марки сталей регламентируются ГОСТ 3541 – 79. Составы сталей обычно находятся в пределах: 0,6 – 0,9 % С; 0,2 – 2,0 Si; 1,5 – 2,0 % Cr; 0,2 – 0,8 % Mo; 0,1 – 0,2 % V; 0,1 – 0,2 % W.

Валки холодной прокатки изготовляют в зависимости от назначения и размера их указанных ниже сталей.

Рабочие валки с диаметром бочки до 400 мм изготовляют из сталей 9Х1 (9Х), 9Х2, 90ХФ, (9ХФ), 9Х2МФ, 9ХСВФ, 75ХСМФ, 60ХСМФ, 8Х5СМФК; с диаметром бочки 400 – 600 мм – из 9Х2, 9Х2МФ, 75ХСМФ, 60Х2СМФ, 8Х5СМФК; с диаметром бочки 600 – 900 мм – из 9Х2МФ, 60ХСМФ, 85СМФК; опорные валки, бандажи составных опорных валков диаметром до 1600 мм – из сталей 9Х1 (9Х), 9Х2, 90ХФ (9ХФ), 75ХМ, 8ХСМ.

Оси составных опорных валков из сталей 55Х, 45ХНМ, 40ХН2МА.

Легирование сталей должно обеспечить достаточную полноту растворения карбидов и легированность мартенсита, а также сохранение мелкого аустенитного зерна, для чего стали легируют небольшими добавками ванадия. В целях повышения вязкости в состав валковых сталей вводят молибден. Введение в сталь хрома (9Х, 9Х2) увеличивает прокаливаемость, прочность и износостойкость стали, но снижает пластичность. Дальнейшее повышение прокаливаемости достигается при увеличении содержания хрома и введения в сталь молибдена (9Х2МФ) или вольфрама (9Х2В).

Рабочие и опорные валки прокатных станов упрочняют путем поверхностной закалки обычно с применением индукционного нагрева и низкотемпературного отпуска. При этом сердцевина валков должна иметь достаточную вязкость для предотвращения разрушения при нарушениях работы прокатных станов и возникновении перенапряжений. Поверхностная твердость рабочих валков существенно выше, чем опорных.

Состав стали и режимы термической обработки сталей для валков должны обеспечить после закалки и отпуска оптимальную структуру гомогенного мартенсита с высокодисперными карбидами. Вследствие малого времени аустенитизации при индукционном нагреве структура валков холодной прокатки должна быть предварительно подготовлена, для этого проводят предварительное улучшение.

Обычный интервал температур аустенитизации сталей для валков составляет 850 – 950°С. Температура отпуска закаленной стали определяется необходимым уровнем поверхностной твердости и может меняться от 150 до 400°С.

Большое значение имеет чистота сталей по неметаллическим включениям. Полезным является применении стали повышенной чистоты вакуумных способов выплавки. Это особенно важно при производстве валков для прокатки фольги.

Для изготовления рабочих валков многовалковых станов для прокатки тонкого и тончайшего листа целесообразно применение сталей высокой износостойкости.