Что такое твердый сплав: их свойства и применение

• By: Семантика
• Без рубрики
• Comment: 0

Содержание статьи

1. 1. Характерные особенности и маркировка
   2. Классификация твердых сплавов по группам
   3. Характеристики
   4. Области применения

Прорывом в металлургии стало изготовление материалов, которые превышают все известные в твердости и теплостойкости. В статье мы подробнее о них расскажем и поговорим о том, что это такое – твердые сплавы.

Характерные особенности и маркировка

Соединения, полученные относительно новым технологическим способом, не меняют своих характеристик даже при очень высоких температурах – выше 1000 градусов. Также они не деформируются при значительных механических нагрузках. Это обеспечивается тем, что они создаются из тугоплавких металлов с добавлением менее прочного кобальта, который придает составу прочность на изгиб, чтобы изделие не обладало хрупкостью титана и не ломалось. Первая особенность, на которую мы обращаем внимание, – изготовление прессованием. Смешиваются порошковые карбиды вольфрама, титана и тантала с мелкими частицами кобальта. Добавляются легирующие элементы, к примеру, хром. Затем под воздействием большого давления и сверхвысоких температур производится термическое спекание. Маркировка твердых сплавов проходит на основании государственных стандартов. Она включает цифровой и буквенный набор.

Примеры марок стали

Представим наиболее популярные соединения. Они используются на производствах разного типа. Пропорции компонентов отвечают за характеристики.

ВК2

Содержание вольфрама – доминирующее, поэтому его литера стоит впереди. Кобальта только 2% – об этом нам говорит цифра. Если не считать легирующие добавки и примеси, которых от силы наберется сотая часть процента, то остальные 98% принадлежат W.

ВК6М

Это аналог – вольфрамокобальтовый набор с большим содержанием последнего – не 2, а 6% кобальта. Но здесь есть конкретизация по применению – из такого материала следует изготавливать инструменты для обработки тугоплавких сталей.

Т5К10

Когда есть три элемента составляющих, вместо двух, то самый распространенный, которого основная масса, может не писаться. Он априори основа сплава – это вольфрам. А то, что стоит с цифрами рядом, это второстепенные компоненты – 5% титана и 10% кобальта.

Т14К8

Аналогичное содержание, но другие процентные коэффициенты. Увеличение титанового включения придает прочности, но и хрупкости.

ТТ7К12

Аналог, но с добавлением тантала. Состав: W – 71%; Ti – 17%; Co – 12%; Та – меньше 1%, как примесь. Кроме классических веществ, добавляют также молибден, никель. Полученные материалы приобретают свойства указанных элементов. Это дорогостоящие металлы, применяемые для особых деталей самолетостроения и машиностроения.

Расшифровка букв в марках твердых спеченных сплавов

Кроме указания на то, какой ингредиент входит в соединение и в каком процентном соотношении, есть еще буквенное указание на применение. Такую классификацию провела международная организация, наименование – ИСО. Это позволило унифицировать маркировку отечественных и зарубежных аналогов. Литера ставится обычно в конце аббревиатуры.

Н

Заточенным предметом из состава данной марки можно обрабатывать закаленную сталь. Она тверже и прочнее обычных металлов.

К

Подходит для чугуна. Большое количество углерода в сочетании с железом делает его менее пластичным, поэтому резка другим инструментом может привести к сколам и трещинам.

М

Обычно обрабатывается нержавейка. В ней предельное содержание легирующих добавок, в том числе – хрома.

N

Применяется при металлообработке цветных соединений.

P

Для пластичных материалов с повышенной вязкостью. Когда их режешь, стружка получается сливная. Они «сливается» вниз от резца, что негативно сказывается на результате.

S

Идеально подходит для таких веществ, которые имеют повышенную жаропрочность. Здесь актуально то, что твердосплавные инструменты еще менее подвержены влиянию высоких температур.

Классификация твердых сплавов по группам

Это достаточно большая область металлургии, в которую попадают все карбид-вольфрамовые соединения, полученные указанным выше способом. Поэтому их разделяют на категории по нескольким основаниям.

По составу химических элементов

Это происходит чаще всего. Во главу угла ставится именно процентное содержание различных металлических веществ и неметаллов. Это логично, потому что знающий человек именно по данному показателю будет оценивать основные характеристики, прочностные качества. Практически все в группе – вольфрамовые. Но так как это дорогостоящий и довольно дефицитный компонент, то сейчас создают новую группу безвольфрамовых – керамиты. В их составе карбиды и карбонитриды титана, которые связаны основой из никеля и молибдена.

По технологии производства

Мы ранее описывали наиболее распространенный процесс приготовления. Но на этот момент в металлургической промышленности активно задействуются два метода. Стоит отметить, что в зависимости от того, какой из них используется, меняются и характерные особенности полученного результата. Различают сплавы: Спеченные. Применяется термическое спекание, а в качестве материалов берутся порошки. То, что все металлы находятся в измельченном виде, увеличивает смешиваемость, ускоряет диффузионный процесс, делая итоговый слиток максимально монолитным. При этом важно отметить, что такие заготовки поддаются не любой металлообработке, а только шлифованию и обработке лазером, ультразвуком, травлением в кислотах, но не резанию, не механическим способам воздействия. Литые. Методы получения – плавка и литье. Это довольно затратно, поскольку компоненты в основном имеют достаточно высокую температуру плавления. Зато результат получается очень хороший – монолитный, целый блок, который уже можно не бояться обрабатывать всеми известными способами – резкой, закалкой, отжигом, старением и пр. В основном они применяются для наплавки на инструмент или часть детали, которая быстро изнашивается.

По области применения твердых сплавов и их свойств

Здесь актуальной будет та классификация, которую мы уже приводили в рамках маркировки. Это именно те буквы, которые проставляются в конце аббревиатуры на марке. Таким образом, чаще всего из них делают инструменты для металлообработки, поскольку они получаются:

• прочные – во время контакта с другим любым металлом не остается дефектов;
• износостойкие – что важно для дорогостоящих резцов;
• жаропрочные – при непосредственном трении образуется очень высокая температура.

Если речь идет о материале, полученном литьем, то еще один вариант применения – наплавка. То есть расплавленной смесью покрывается часть детали, чтобы усовершенствовать характеристики рабочего элемента в целом.

На этом промышленность не заканчивает свои запросы. Чем больше появляется потребностей, тем шире ассортимент соединений – выплавляют новую рецептуру, которая классифицируется по другому определению. Ниже мы более подробно поговорим об области применения твердых сталей.

Вольфрамосодержащие соединения

Вольфрам является самым тугоплавким металлом во всей периодической таблице. Именно по этой причине его активно применяют в металлургии. В основном в марках типа ВК6, ВК3М, которые являются очень популярными, содержание этого вещества будет подавляющим – 94%, 97% и даже более.

Приведем пример на ВК8 – именно его очень часто используют для того, чтобы изготавливать резцы. Они прочные настолько, что без проблем и сложностей обрабатывают чугун. При этом метод – бесстружковый.

Титановольфрамосодержащие виды твердых сплавов

По названию уже видно, что кроме вольфрама (основы) здесь активную роль играет титан, но не только. Немаловажное значение обычно отведено кобальту. Какой инструментальный состав получается из таких марок, как Т5К10? Для металлообработки на высоком скоростном режиме. Также они способны обрабатывать металлы с повышенной прочностью и теплостойкостью. Для примера: это может быть износостойкий резец по закаленной стали.

Характеристики

Свойства зависят от нескольких факторов. Нет двух марок, которые полностью были бы идентичными.

Сперва посмотрим на то, какие именно характерные особенности выделяют по категориям.

Наименование и процентное содержание химических элементов

Здесь все просто. Сплав характеризуется по группам на 4 разных по качествам состава – это «ВК», то есть с карбидом вольфрама и кобальтом; титановольфрамовые; титанотанталовольфрамовые и с износостойкими покрытиями. Так уже по названию понятно, какое вещество имеет приоритетное количество. По этому определяются характеристики.

Физические и механические свойства

Пожалуй, наиболее важные. Более подробно мы их перечислим и разберем ниже, сейчас укажем, что все без исключения соединения изготавливаются по рецептуре, утвержденной ГОСТ. Отечественный стандарт соответствует международным, поэтому можно посчитать все технические качества каждой марки. После того как мы перечислим их усредненные значения, приведем краткую таблицу.

Особенности технологических процессов получения

В зависимости от того, порошковое прессование или литье было взято за основу, определяются характерные черты. Например, про спеченные каждый специалист знает, что важный показатель – это размер карбидных зерен. Чем он меньше, чем более монолитный будет результат. Также это влияет на то, какие методы металлообработки могут быть применимы, и где будет затем использоваться материал.

Физико-механические характеристики

Безусловно, сказать усредненные значения достаточно сложно, ведь слишком многое влияет на то, каков будет результат. Ниже мы приведем более точные табличные данные из официального документа, но для начала представим, какие вообще свойства оцениваются и почему.

Допустимая прочность

Это сопротивление металла любому механическому воздействию извне. То есть то, что на поверхности не остается никаких деформаций после столкновения с другими деталями. И это очень точно сказано про твердосплавные материалы.

Измерения проводятся при помощи изгиба. Изменяется оказываемое на заготовку давление от 1200 МПа для ВК2, до 2150 МПа для ВК25.

Твердость

Это отношение нагрузки к площади поверхности, которая деформируется под воздействием индентора – то есть конуса или шарика, который в качестве эксперимента вдавливается в образец. Измеряется в HRA и достигает до 91, что очень высокий показатель в сравнении со сталью.

Реализуемая теплопроводность

Это способность проводить и сохранять тепло от более нагретой части к холодной. Процесс происходит до тех пор, пока не установится энергетический баланс. Средний показатель – около 51 Вт/(м×С).

Плотность твердых сплавов

Этот параметр значит то, насколько большая масса на единицу объема. Если сказать более простым языком, то это то, как сильно частички вещества прижаты друг к другу. А так как металлы в принципе тяжеловесные и фактически не содержат пустот, то и плотность их очень высокая. Характеристика колеблется в интервале 14,9 – 15,2 г/см3.

Жаропрочность

Любой материал разрушается под воздействием значительных температур, но граница, которую выдерживают составы, у всех разная.

В указанном случае образец может подвергаться обработке при t° до 1200 градусов.

Коррозийная стойкость

Устойчивость к ржавлению в основном обеспечивается легирующими добавками. В некоторых марках добавлен хром, как и в нержавейке, что увеличивает показатель.

Теперь приведем обобщающую таблицу, отметим, что данные взяты из документа ГОСТ.

Области применения

Использование материала давно вышло широко за изготовление инструмента, хотя это и остается основным направлением работы с твердосплавными заготовками. Объясним почему – при резании или ином процессе металлообработки выделяется много тепла, которое пагубно воздействует на режущую кромку. В данном случае это влияние фактически незаметно из-за жаропрочности.

Также нужно учитывать повышенную прочность – инструментальный набор долгое время сохранит свою целостность, останется без сколов и пр. Поэтому ниже перечислим более конкретно те области, в которых происходит производство.

Металлорежущий инструмент

Здесь все просто – изготавливают сверла, фрезы, резцы, развертки, метчики различных диаметров, с разным количеством заходов, углом режущей кромки и пр.

Использование относительно конкретной заготовки обычно определяется маркировкой – какие-то предназначены для металлообработки одного материала, другие – второго.

Отдельные детали измерителей

Это различные циркули, штангенциркули, с помощью которых можно произвести очень точные измерения. Чем прочнее сталь, из которой они изготавливаются, тем более безошибочных  результатов можно добиться, потому что в ходе использования будет минимальный естественный износ.

Клейма, штампы

Во время горячей или холодной штамповки применяются пуансоны и матрицы, которые под воздействием давления должны изогнуть заготовку. Конечно, важно, чтобы они были более прочными. В этом смысле твердые сплавы – отличный вариант.

Комплектующие для вырубки в металле

Художественная резка, а также объемная штамповка часто использует специальные острые режущие кромки, которые при нажатии врезаются в листовую сталь и вырезают часть.

Элементы станков для волочения и проката

Это могут быть валы, профили и направляющие. А также прижимные балки.

Оснащение для горнодобывающей техники

Горные породы зачастую такие же твердые, как и металлы.

Сравним алмаз – прочнее его сложно найти материал естественного происхождения. Поэтому при бурении, сверлении и других процедурах применяют данные инструменты.

Части подшипников

Применение вещества увеличивает износостойкость узлов.

Напыление на стальные корпуса

Даже тонкий слой способствует улучшению механических характеристик.

Оборудование для рудообогатительных заводов

Это первичная переработка полезных ископаемых. Во время процесса также требуются ножи с повышенными прочностными характеристиками.

В статье мы рассказали про свойства твердых сплавов и особенности их изготовления, применения. Посмотрим видео для того, чтобы более подробно разобраться в теме:

Чтобы уточнить интересующую вас информацию и приобрести ленточнопильные станки российского производства по металлу, свяжитесь с менеджерами компании «Рокта» по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.