Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

тано-танталовые сплавы с кобальтом в качестве связки. В СССР

для обработки резанием применяются три группы сплавов.

1. Вольфрамо-кобальтовые типа ВК (ВКЗ, ВК4, ВК6, ВК8, ВКЮ, ВК12, ВК15). С увеличением содержания кобальта в сплаве

2.Двухкарбидные титано-вольфрамо-кобальтовые типа ТК (Т5КЮ, Т5К12В, Т14К8, Т15К6, Т30К4 и др.).

3.Трехкарбидные тантало-титано-вольфрамо-кобальтовые типа

С увеличением содержания TiC физико-механические свойства твердых сплавов типа ТК заметно изменяются: увеличивается твердость, но уменьшается сопротивление изгибу (сги) и ударная вязкость сплава (а^). Двухкарбидные и трехкарбидные сплавы имеют более высокую теплоустойчивость (~900—1000° С) сравни­ тельно с однокарбидным —800° С и менее подвержены адгезии. Плотность характеризует пористость и тем самым прочность сплава.

Режущие свойства твердосплавного инструмента определяются не только химическим составом, но и его структурой, т. е. размером зерен, пор и их формой. При спекании твердых сплавов не весь газ, поглощенный его частицами, вытесняется в процессе рекри­ сталлизации. Часть этого газа остается внутри выросшего зерна и образует внутрикристаллические поры, которые не могут быть ликвидированы последующим спеканием. Подобные поры дости­ гают размеров от долей микрона до 2 мкм. Острые углы пор яв­ ляются участками концентрации внутренних напряжений, спо­ собствующих возникновению внутренних микротрещин, в значи-

47

тельной степени нарушающих стабильность материала и ускоря­ ющих его разрушение.

С указанными недостатками борются с помощью различных технологических приемов при изготовлении твердых сплавов (вы­ сокотемпературное восстановление вольфрамового ангидрида, ин­ тенсифицированный мокрый размол смесей, карбонизация воль­ фрама при высокой температуре, пластифицирование и пр.).

Как правило, при обработке хрупких металлов (чугун, бронза и др.) используют однокарбидный сплав, наименее теплостойкий. Он используется иногда с успехом и при обработке специальных труднообрабатываемых сталей, поскольку сплав обладает наиболь­ шей прочностью и виброустойчивостью. Так, поданным А. Я. Абал­ кина при определенных условиях резания твердый сплав ВК8 выдерживал амплитуду колебаний в четыре раза большую, чем сплав Т5К8, и в восемь раз большую сравнительно с Т15К6.

При черновой обработке рекомендуются ВК — сплавы с большим содержанием кобальта (ВК8, ВК12). При обдирке стали тоже применяют двухкарбидные и трехкарбидные сплавы, так как они менее склонны к адгезионному схватыванию (Т5КЮ, Т5К12В) и более прочны, хотя и менее износостойки.

Для чистовой обработки применяют сплавы ВКЗ, ВК4 (для чугуна) и Т30К4 (для стали) как содержащие меньше кобальта и обладающие вследствие этого наибольшей износостойкостью при наименьшей прочности. Отметим, что твердость и прочность зави­ сят и от температуры, при которой используется твердый сплав (рис. 12, а). Графики на рис. 12, б показывают, что усталостная прочность различных твердых сплавов с нагревом до 200° С по­ вышается, а затем значительно уменьшается с дальнейшим повы­ шением температуры и по-разному для различных твердых спла­ вов. В процессе резания, и особенно при грубой обработке, имеют место удары, вибрации, и поэтому циклическая прочность яв­ ляется ценной характеристикой режущего инструмента.

Современные исследования и практика показали высокие ре­ жущие свойства твердых сплавов марок ВКЗМ, ВК4, ВК6М при обработке нержавеющих, жаропрочных и титановых сталей и сплавов. Трехкарбидные сплавы титантанталовой группы ТТ7К12, ТТ20К9, сравнительно хорошо сопротивляющиеся перепадам тем­ ператур и трещинообразованиям, ТТ10К8А и ТТ10К8Б дали наилучшие результаты при обработке трудно обрабатываемых жаропрочных аустенитных сталей.

Твердые сплавы в металлообработке все более вытесняют дру­ гие инструментальные материалы. На передовых отечественных предприятиях более 80—90% всех резцов имеют режущие эле­ менты — пластины из твердого сплава. Твердосплавные пластинки

в состав из различных карбидов и кобальта вводят 4-процентный раствор каучука в бензине, смесь прессуют поддавлением

48

300 кгс/см2 и производят первое спекание при 600° С для удаления каучука. Затем смесь парафинируют и подвергают механической обработке, оставляя припуск на усадку, вторично нагревают до 700° С для удаления парафина и вновь спекают при 1350—1400° С.

Свойства твердых сплавов можно изменять, варьируя химиче­ ский состав или величину исходного зерна. С увеличением содер­ жания кобальта увеличивается вязкость, снижаются твердость и износостойкость. С уменьшением величины зерна при постоянном содержании кобальта увеличивается твердость, уменьшается вяз­ кость. Качество твердых сплавов можно определить коэрцитивной силой; последняя возрастает с измельчением зерна и увеличением

применяемым в СССР. Фирмой «Форд» предложен мелкозернистый кермет с равномерным распределением карбидов титана в никелемолибденовой массе (80% TiC, 10% Ni, 10% Mo), отличающийся большой твердостью, прочностью и ударной вязкостью. Это обес­ печивает надежность эксплуатации инструмента.

Еще более прочный, высокомодифицированный вольфрамокарбидный сплав бакстрон (Baxtron) с исключительно мелкозер­

с пластификатором (последний перед спеканием удалялся нагре­ вом до 400° С). При определенном сочетании составляющих эле­ ментов достигалась высокая прочность до сти = 475 кгс/мм2 .

Так как практически невозможно создать твердый сплав одно­ временно вязкий и очень твердый, то предлагается наносить на поверхность твердого сплава тончайшую пленку из карбидов титана или нитридов титана при температуре —900° С.

Нанесение карбидов титана (TiC) или нитридов титана (TiN) может осуществляться различными путями. Наибольшую извест­ ность получил способ осаждения из газовой фазы различного

50

состава, содержащей водород, тетрахлориды титана и углеводо­ роды. Опытным путем нашли, что оптимальной является толщина слоя 5—8 мкм. Слой состоит из чистого TiC высокой плотности с размером зерен до 0,5 мкм. Между слоем и основой, состоящей из твердого сплава, располагается промежуточная зона с пони­ женной концентрацией углерода. Высота неровностей {Ra) по­ верхности TiC слоя тем меньше, чем выше чистота поверхности твердосплавной подложки TiC. Слой TiC повышает износостой­ кость твердого сплава особенно значительно при высокой темпе­ ратуре; уменьшаются адгезионные явления и снижается сила ре­ зания, улучшается коррозио- и окалиностойкость. Скорость окисления на воздухе после 10-часового нагрева при температуре 700° С пластинок твердого сплава без покрытия в 8—10 раз больше сравнительно с покрытием пленкой TiC. Возможно двукратное увеличение скорости резания или увеличение стойкости в 1,5— 5 раз.

Отмечается, что покрытие TiC не дает преимуществ при обра­ ботке стеллитов, стеклопластиков, жаропрочных сплавов и ма­ териалов, реагирующих с TiC, например А1 и TiC [160—179]. Применение пластин с покрытием TiC дает возможность значи­ тельно уменьшить количество используемых марок твердого сплава. Так, фирма «Крупп» вместо 20 марок твердых сплавов оставила лишь три марки.

(А12 03 ) вызывает большой интерес благодаря своим выдающимся режущим свойствам, определяемым высокими твердостью, красно­ стойкостью и износостойкостью. Исходным материалом для ин­ струментальной минералокерамики является технический глино­ зем, получаемый из гидрата глинозема прокаливанием при тем­ пературе 1100—1200° С. Он представляет смесь двух модификаций

прокаливанием технического глинозема при температуре 1400— 1600° С.

Прокаленный глинозем с помощью виброизмельчителя подвер­ гается тонкому помолу до размера частиц в основной массе (до

массы под давлением. Затем пластины подвергаются сушке и по­ следующему спеканию. Добавка к микропорошку а — А 1 2 0 3

51