Твердые сплавы и минералокерамические материалы

1.

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ И
МИНЕРАЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ
МАТЕРИАЛЫ
материаловедение

2.

Твердые сплавы обладают высокой твердостью,
красностойкостью ( сохраняют свои режущие свойства и
твердость при температуре 800-1000 градусов),
износостойкостью, стойкостью против коррозии в
некоторых агрессивных средах.
Твердые сплавы получили широкое распространение в
технике.
Инструменты из быстрорежущей
стали красностойки до температуры
600-700 градусов.
Основная составляющая твердых сплавов – карбиды
( соединения металлов с углеродом) тугоплавких
металлов.
В качестве цементирующего вещества в состав твердых
сплавов входят кобальт, никель или железо.

3.

4.

5.

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫЕ
СПЛАВЫ ДЕЛЯТСЯ НА СПЕЧЕННЫЕ И НАПЛАВОЧНЫЕ
Спеченные твердые сплавы относятся к
инструментальным материалам, применяемым при
обработке металлов резанием; применяются при
обработке металлов давлением (волочение, штамповка и
др.), бурении, обработке керамических материалов и т.д.
Спеченные твердые сплавы делятся на три группы:
а). Вольфрамовые твердые сплавы , состоящие из
карбида вольфрама и кобальта в качестве
цементирующей связки;
б). Титано - вольфрамовые твердые сплавы ,состоящие
из карбида вольфрама, карбида титана и кобальта;
в). Титано – тантало - вольфрамовые твердые сплавы
состоящие из карбидов вольфрама, титана и тантала ,
связанных кобальтом.

6.

Наплавочные сплавы применяются для повышения
износостойкости различных инструментов, приспособлений и
быстроизнашивающихся деталей машин. Они наплавляются на
режущие кромки инструмента или на рабочую поверхность
деталей при помощи электрической дуги или кислородноацетиленового пламени.
Различают три вида наплавочных твердых сплавов:
литые, зернообразные и электродные.
Наиболее распространены литые твердые сплавы на
кобальтовой или никелевой основе – стеллиты (выпускаются в
виде пластин, прутков и готовых отливок) и сплавы на железной
основе – сормайты (выпускаются в виде прутков или порошка).
Из сплавов, применяемых в зернообразном виде, наиболее
распространен сталинит – сплав на основе железа с
содержанием хрома, марганца, углерода и кремния.
Электродные сплавы выпускаются в виде стержней из стали или
специальных сплавов, покрытых толстым слоем обмазки.

7.

8.

Наиболее распространены литые твердые
сплавы на кобальтовой или никелевой основе
– стеллиты (выпускаются в виде пластин,
прутков и готовых отливок) и сплавы на
железной основе – сормайты (выпускаются
в виде прутков или порошка).

9.

10.

ПРОИЗВОДСТВО СПЕЧЕННЫХ СПЛАВОВ.
1.
2.
3.
4.
5.
Спеченные сплавы изготавливают методом порошковой
металлургии – области техники, охватывающей совокупность
методов изготовления порошков металлов, полуфабрикатов и
изделий из них без расплавления основного компонента.
Процесс получения спеченных твердых сплавов включает
следующие операции:
Получение порошков тугоплавких металлов (вольфрама);
Получение порошков карбидов тугоплавких металлов и
порошков цементирующего вещества (кобальта);
Приготовление смеси этих порошков;
Формование смесей порошков путем прессования под
давлением 200-300 кгс/см2;
Спекание формованных смесей (изделий) при температуре
1400-1500°С.

11.

12.

13.

14.

1.
2.
3.
Твердосплавными инструментами, благодаря их
твердости, можно обрабатывать резанием закаленную
сталь, отбеленный чугун, стекло, мрамор. Эти материалы
ранее не поддавались обработке инструментами из
углеродистой и легированной стали или обрабатывались
медленно.
Твердые сплавы имеют недостатки:
Хрупкость
Недостаточная прочность
Хуже, чем быстрорежущая сталь, сопротивляются изгибу
и растяжению.

15.

Спеченные твердые сплавы в основном выпускают в
виде пластинок стандартной формы и размеров для
оснащения рабочей части режущих инструментов
(резцов, сверл, фрез и др.) путем напайки или
механического крепления. Кроме стандартных
пластинок, промышленность твердых сплавов выпускает
монолитный (цельный) инструмент (фрезы, развертки,
сверла и др.), а также нестандартные пластинки.

16.

17.

18.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Контрольные вопросы
В чем заключается сущность процесса
изготовления изделий методом порошковой
металлургии?
Какие материалы нужны для производства
спеченных твердых сплавов?
Недостатки спеченных твердых сплавов как
инструментальных материалов.
Каким способом получают большинство
современных сплавов?
В каком виде выпускаются изделия из спеченных
твердых сплавов для резания металлов?
Какими способами крепятся пластины из твердых
сплавов к рабочей части инструмента?

19.

ВОЛЬФРАМОВЫЕ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ
1. Сплавы вольфрамовой группы состоят из карбида
вольфрама и кобальта в качестве цементирующей связки.
Они маркируются буквами ВК и цифрой, обозначающей
процентное содержание кобальта. Буквы в конце марки
некоторых сплавов характеризуют специфику их
изготовления, приводящую к мелкозернистой (буква М) или
крупнозернистой (буква В) структуре.
Например, сплав ВК.З-М содержит 3% кобальта и 97%
карбида вольфрама. Буква М в конце марки обозначает,
что сплав имеет мелкозернистую структуру.

20.

2. Механические свойства сплавов вольфрамовой группы зависят от
содержания в них карбидов вольфрама и кобальта: чем больше в сплаве
карбидов вольфрама и соответственно меньше кобальта, тем выше его
твердость и красностойкость. Но с увеличением твердости снижается
вязкость и растет хрупкость твердого сплава.
Поэтому сплавы с низким содержанием кобальта применяются в
условиях безударной нагрузки (например, при чистовом точении), где
целесообразно использовать высокую твердость и износостойкость
сплава (марки ВКЗ, ВКЗ-М). При работе же с ударными нагрузками
(черновая обработка) целесообразно пользоваться сплавами с
повышенным содержанием кобальта (марки ВК.6, ВК.8 и др.),
имеющими более высокую вязкость.
Укрупнение зерен вольфрамового сплава повышает его вязкость, но
снижает твердость. Мелкозернистое строение, наоборот, способствует
повышению твердости сплава, а следовательно, и износостойкости.

21.

3. Вольфрамовые сплавы превосходят титано вольфрамовые сплавы по вязкости, но уступают им в
твердости и износостойкости.
Поэтому они применяются при обработке чугуна,
дающего короткую стружку надлома, когда износ
инструмента незначителен и в процессе резания
возникают ударные нагрузки. Кроме того, вольфрамовые
твердые сплавы применяются также при обработке
цветных металлов и неметаллических материалов
(пластмасс, стекла, резины, фибры и т. д.).
Некоторые марки вольфрамовых сплавов (в основном с
мелкозернистым строением) применяются для обработки
закаленных и цементированных сталей, а также
высокопрочных и жаропрочных труднообрабатываемых
сталей и сплавов.
4) Согласно ГОСТ 3882—74, выпускается 22 марки
вольфрамовых сплавов.

22.

23.

марка
Механические свойства
Примерное назначение
предел
прочности на
изгиб,
МН/М2
твердость
HRA. не
менее
ВК3
1100
89,5
Чистовое точение с малым сечением среза, окончательное
нарезание резьбы и другие аналогичные виды обработки
серого чугуна, цветных металлов и неметаллических
материалов. Резка листового стекла
ВК6М
1350
90
Получистовая обработка жаропрочных сталей и сплавов,
нержавеющих сталей, специальных твердых чугунов, твердой
бронзы, неметаллических материалов. Обработка
закаленных сталей, а также сырых углеродистых и
легированных сталей на малых скоростях резания
ВК8
1600
87,5
Черновое точение при неравномерном сечении среза и
прерывистом резании, строгание, черновое фрезерование и
другие аналогичные виды обработки чугуна, цветных
металлов и неметаллических материалов. Обработка
жаропрочных труднообрабатываемых сталей
ВК25
2000
82
Штамповка, высадка, обрезка сталей при ударных нагрузках
высокой интенсивности

24.

25.

26.

Контрольные вопросы
Состав, свойства, принцип маркировки и назначение
вольфрамовых твердых сплавов.
1. От содержания какого элемента зависит твердость
вольфрамовых сплавов?
2.Как влияет кобальт на свойства вольфрамовых
сплавов?
3. Каков химический состав и назначение марок ВК.6М и ВК8? (Для ответа см. табл.)
4. Чем отличаются твердые сплавы марок ВК6-М, BK6
и ВК6-В?
5.Различие в назначении марок вольфрамовых
сплавов ВКЗ и ВК8. (Для ответа см. табл.)
6.Перечисленные марки твердых сплавов расположите
в порядке возрастании их твердости, красностойкости
и износостойкости: ВК6, ВК8, ВК4, ВК10, ВК25, ВК15,
ВК20. Чем нужно руководствоваться при этом?

27.

6.Перечисленные
марки твердых
сплавов расположите в порядке
возрастании их твердости,
красностойкости и износостойкости:
ВК6, ВК8, ВК4, ВК10, ВК25, ВК15,
ВК20. Чем нужно руководствоваться
при этом?

28.

Титано-вольфрамовые твердые сплавы
1) Титано-вольфрамовые твердые сплавы состоят
из карбида вольфрама, карбида титана и кобальта.
При маркировке эти сплавы обозначают буквами
Т, К и цифрами. Цифры после буквы Т указывают
процентное содержание карбида титана, а цифры
после К — содержание кобальта в процентах.
Например, сплав Т15К6 содержит 15% карбида
титана, 6% кобальта, остальное — карбид
вольфрама. По ГОСТ 3882—74 в нашей стране
выпускается пять марок титано-вольфрамовых
сплавов (Т30К4, Т15К6, Т14К.8, Т5К10 иТ5К12).
Механические свойства и назначение отдельных
марок титано-вольфрамовых сплавов приведены в
табл. 2

29.

30.

ТАБЛИЦА 2
марка
Механические свойства
Примерное назначение
Предел прочности
на изгиб.
МН/м2
(не менее)
НRА
(не менее)
Т30К
4
950
92
Чистовое точение с малым сечением среза, нарезание
резьбы и развертывание отверстий в незакаленных и
закаленных углеродистых и легированных сталях
Т15К
6
1150
90
Получерновое точение при непрерывном резании,
чистовое точение при прерывистом резании, нарезание
резьбы токарными резцами, рассверливание, чистовое
зенкерование и другие аналогичные виды обработки
Т5К1
0
1400
88,5
Черновое точение при неравномерном сечении среза и
прерывистом резании, отрезка токарными резцами,
другие вилы обработки углеродистых и легированных
сталей преимущественно в виде поковок, штамповок и
отливок по корке и окалине

31.

2) Титано-вольфрамовые сплавы обладают
большей твердостью, красностойкостью и
износостойкостью, чем вольфрамовые
сплавы, но уступают им по вязкости. Они
имеют также меньший коэффициент
трения и меньшую склонность к
свариванию (слипанию) со стальной
стружкой, чем вольфрамовые сплавы.
Поэтому титано-вольфрамовые сплавы
применяются при обработке сталей,
дающих непрерывную (сливную) стружку.

32.

3) Твердость, красностойкость и
износостойкость титано-вольфрамовых
сплавов возрастают с повышением
содержания карбидов титана, но при этом
одновременно снижаются их механическая
прочность и вязкость. Поэтому сплавы с
относительно небольшим содержанием
карбида титана и повышенным содержанием
кобальта применяются при черновой
обдирочной обработке стали. Сплавы же с
высоким содержанием карбида титана и
низким содержанием кобальта обычно
применяются для снятия тонких стружек при
отделочных операциях.

33.

ТИТАНО-ТАНТАЛО-ВОЛЬФРАМОВЫЕ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ
1). Титано-тантало-вольфрамовые сплавы
состоят из карбидов вольфрама, титана,
тантала, связанных кобальтом. Они
обозначаются буквами ТТК и цифрами.
Цифра, стоящая после букв ТТ, указывает
на процентное содержание карбидов
титана и тантала, а цифры после буквы К —
на процентное содержание кобальта.
Например, сплав ТТ7К12 содержит 7%
карбидов титана и тантала, 12% кобальта,
остальное — карбид вольфрама.

34.

2). По ГОСТ 3882—74 в нашей стране выпускаются четыре
марки титано-тантало-вольфрамовых сплавов (ТТ7К12,
ТТ8К6, ТТ10К8-Б и ТТ20К.9). Сплав марки ТТ7К12 имеет
более высокую эксплуатационную прочность, вязкость и
сопротивляемость вибрации и выкрашиванию, чем у титановольфрамового сплава Т5К10, при несколько меньшей
твердости, износостойкости и допустимой скорости резания.
По сравнению с инструментом из быстрорежущей стали этот
сплав позволяет повысить скорость резания более чем в два
раза. Применяется для тяжелого чернового точения
стальных поковок, штамповок и отливок по корке с
раковинами при неравномерном сечении среза и наличии
ударов; для строгания и тяжелого чернового фрезерования
сталей.
Сплав ТТ10К8-Б обладает высокой эксплуатационной
прочностью и вязкостью при умеренной износостойкости.
Применяется при черновой и получистовой обработке
труднообрабатываемых материалов (жаропрочных сталей,
сплавов титана и др.).

35.

36.

37.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каков состав титано-вольфрамовых и титано-танталовольфрамовых твердых сплавов?
2. Расскажите о свойствах и назначении титановольфрамовых и титано-тантало-вольфрамовых
твердых сплавов.
3. Каков принцип маркировки и назначение титановольфрамовых и титано-тантало-вольфрамовых
твердых сплавов?
4. Сравните карбид титана и карбид вольфрама в
отношении твердости, красностойкости и
износостойкости.
5. Как влияет карбид титана на свойства титановольфрамовых твердых сплавов?
6. Каков химический состав и назначение следующих
марок твердых сплавов: Т30К4, Т15К6, ТТ7К12?