2. Металлокерамические твердые сплавы

Металлокерамические твердые сплавы представляют инструмен­тальные материалы, состоящие из карбидов тугоплавких метал­лов и цементирующего металла — кобаль­та, играющего роль связки. На рис. 128 приведена зависимость твердости различ­ных инструментальных материалов от тем­пературы испытания. Твердые сплавы об­ладают наиболее высокой твердостью и сохраняют ее при нагреве до высоких температур.

Твердые сплавы изготавливают методом порошковой металлургии. Применяют кар­биды вольфрама, титана и тантала, а за рубежом — также карбиды ниобия и ва­надия. Сплавы получают спеканием поро­шков карбидов с порошком кобальта, яв­ляющегося связующим компонентом, при 1400—1550 °С после предварительного прессования.

Твердые сплавы изготавливают в виде пластин, которые медным припоем припа­ивают к державке из обычной углеродистой стали. Твердые спла­вы применяют для резцов, сверл, фрез и другого инструмента.

Инструмент из металлокерамических твердых сплавов харак­теризуется высокой твердостью (HRA 80—97), износостойкостью в сочетании с высокой теплостойкостью (до 800—1000 °С). Их недостатком является высокая хрупкость.

Скорость резания твердыми сплавами в 5—10 раз выше, чем при применении быстрорежущих сталей.

В зависимости от состава карбидной основы различают три группы твердых сплавов: вольфрамовые, титанвольфрамовые и титантанталвольфрамовые.

Вольфрамовые твердые сплавы изготавливаются на основе карбида вольфрама WC и кобальта. Сплавы этой группы назы­вают однокарбидными и обозначают буквами ВК. и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах. Например, сплав ВКЗ содержит 3 % кобальта и 97 % карбида вольфрама. Содержание кобальта может меняться (сплавы ВК.6, ВК.8, ВКЮ).

Чем больше содержание кобальта, тем выше прочность, хотя и несколько ниже твердость сплава. Твердые сплавы вольфрамовой группы имеют наибольшую прочность, но более низкую твердость, чем сплавы других групп. Они теплостойки до 800 °С. Их обычно применяют для обработки чугуна, сплавов цветных металлов и различных неметаллических материалов, дающих прерывистую стружку.

Сплавы второй группы (двухкарбидные) изготовляют на основе карбидов WC и TiC на кобальтовой связке. Их маркируют бук­вами Т, К и цифрами. Цифры после буквы Т указывают содержа­ние карбидов титана в процентах, а цифры после буквы К — содержание кобальта. Например, в сплаве Т15К6 содержится 15 % TiC, 6 % Со, остальное, т. е. (79 %) WC. Карбид вольфрама растворяется в карбиде титана при температуре спекания, обра­зуя твердый раствор (Ti, W) С, имеющий более высокую твердость, чем WC. Сплавы этой группы имеют более высокую до 900—1000 °С теплостойкость, повышающуюся с увеличением содержания кар­бидов титана. Их в основном применяют для высокоскоростной обработки сталей.

Для изготовления сплавов третьей группы используют кар­биды вольфрама, титана, тантала и порошок кобальта в качестве связки. Эти сплавы маркируют буквами ТТК и цифрами. Цифра, стоящая после букв ТТ указывает суммарное содержание карби­дов титана TiC и тантала ТаС, а цифра, стоящая после буквы К — содержание кобальта. Например, сплав ТТ7К12 содержит 4% TiC, 3 % ТаС, 12 % Со и 81 % WC. В их структуре присутствует твердый раствор (Ti, Та, W) С и избыток WC. Сплавы этого типа имеют более высокую прочность, чем сплавы второй группы и лучшую сопротивляемость ударным воздействиям вибрации и выкрашиванию. Их применяют для более тяжелых условий резания (черновое точение стальных слитков, поковок, литья).

Общим недостатком рассмотренных сплавов помимо высокой хрупкости, является повышенная дефицитность исходного воль­фрамового сырья, являющегося основным компонентом, опреде­ляющим их повышенные физико-механические характеристики. Поэтому перспективным направлением является использование безвольфрамовых твердых сплавов. Хорошо себя зарекомендовали сплавы, в качестве основы для которых используется карбид титана, а в качестве связки — никель и молибден. Они марки­руются КТС и ТН. Твердые сплавы КТС-1 и КТС-2 содержат 15—17 % никеля и 7—9 % молибдена соответственно, остальное — карбид титана. В твердых сплавах типа ТН-20, ТН-25, ТН-30 в качестве связующего металла применяют в основном никель, содержание которого 16—30 %. Концентрация молибдена соста­вляет 5—9%, остальное — также карбид титана. Твердость подобных твердых сплавов составляет HRA 87—94, сплавы имеют высокую износо- и коррозионную стойкость. Их используют для

изготовления режущего инструмента и быстроизнашивающихся деталей технологического оборудования.

Особо твердые инструментальные материалы созданы на основе нитрида бора и нитрида кремния. В них нет пластичной металли­ческой связки. Изделия из этих материалов изготавливают либ.о с помощью взрыва, либо в условиях сверхвысоких статических давлений и высоких температур. Изделия из нитридов бора и кремния используют в качестве материала иденторов (наконеч­ников) для измерения твердости тугоплавких материалов в интер­вале температур 700—1800 °С, как абразивный материал и в ка­честве сырья для изготовления сверхтвердых материалов, при­меняемых для оснащения режущей части инструментов для обработки закаленных сталей, твердых сплавов, стеклопластиков, цветных металлов. Они обладают высокой твердостью (HRA 94—96), прочностью, износостойкостью, теплопроводно­стью, высокой стабильностью физических свойств и структуры при повышении температуры до 1000 °С. Их преимуществом является доступность и дешевизна исходного продукта, благо­даря чему они используются для замены вольфрамсодержащих твердых сплавов.

Для изготовления доводочных паст, шлифовальных кругов применяют абразивные материалы. Они представляют собой по­рошки, либо скрепленные связкой, либо нанесенные на гибкую основу —ткань или бумагу. Различают природные и искусствен­ные абразивные материалы. К природным относятся алмазы, гранаты, корунд; к искусственным — искусственные алмазы, гексагональный нитрид бора (эльбор), карборунд.