Твердые сплавы II
Сплавы первой группы обозначаются буквами ВК и цифрой, показывающей процентное содержание кобальта. Так, например, обозначение ВК8 показывает, что сплав не содержит титана и, следовательно, в нем 8% кобальта и 92% карбидов вольфрама (незначительным количеством случайных примесей, как железо, никель и т. д., можно пренебречь). К вольфрамовым твердым сплавам, применяемым для режущих инструментов, относятся: ВК8, В Кб, ВК4, ВКЗ, ВК2.
Сплавы второй группы обозначаются буквами Т и К. Цифры, стоящие после буквы Т, показывают процентное содержание карбидов титана, а после буквы К — процентное содержание кобальта. Таким образом, обозначение Т15К6 показывает, что сплав относится ко второй группе, в нем 15% карбидов титана, 6% кобальта, а остальное, т. е. 79% — карбиды вольфрама. К титано вольфрамовым твердым сплавам относятся: Т5КЮ, Т14К8, Т15К6, Т30К4 и Т60К6.
Вольфрамовые твердые сплавы должны применяться для обработки чугуна и цветных металлов, а титановольфрамовые сплавы—для обработки стальных деталей. Именно создание высококачественных титановольфрамовых твердых сплавов явилось важнейшей предпосылкой для перехода на скоростное резание стали.
При обработке на высоких скоростях стальных деталей резцами, оснащенными пластинками, из твердых сплавов вольфрамовой группы, например ВК8, инструмент очень быстро притупляется, причем истирание по задним граням сопровождается образованием глубокой лунки на передней грани резца. Титановольфрамовые твердые сплавы значительно лучше сопротивляются истиранию стальной стружкой. Это их преимущество объясняется наряду с более высокой твердостью и теплостойкостью еще следующим обстоятельством. В условиях очень больших давлений и высоких температур на отдельных микроскопических участках соприкасающихся поверхностей обрабатываемого металла и инструментального материала происходит их слипание (сваривание), а затем частицы твердого сплава отрываются и уносятся сходящей стружкой и деталью. В связи с этим можно считать, что износостойкость твердых сплавов будет тем большей, чем выше температура, при которой происходит их слипание со сталью.
Специальные опыты показали, что температуры слипания среднеуглеродистой стали 40 с твердым сплавом составляют: для вольфрамового сплава ВК8—625°, а для титановольфрамового сплава Т15К6—775°. Та же сталь слипается с быстрорежущей сталью Р18 при температуре 575°.
Более высокие температуры слипания способствуют повышению износостойкости титановольфрамовых твердых сплавов при обработке сталей.
Преимущества титановольфрамовых твердых сплавов перед вольфрамовыми при обработке сталей тем больше, чем относительно выше уровень применяемых скоростей резания. Как показано на рис. 2, а, по мере уменьшения скорости резания стойкость титановольфра мового сплава сначала возрастает, но затем начинает уменьшаться и даже значительно уступает стойкости вольфрамового сплава; при низких скоростях резания основной причиной выхода инструмента из строя является уже не затупление, а выкрашивание. На рис. 2, б сопоставляется стойкость вольфрамового и титановоль фрамового твердых сплавов при обработке серого чугуна. Титановольфрамовый сплав имеет значительно меньшую стойкость и часто выкрашивается. Только при очень высокой скорости резания, соответствующей слишком низкой стойкости инструмента (2—5 мин.), титановольфрамовый сплав имеет преимущество перед вольфрамовым.
Значительно превосходя быстрорежущую сталь по режущим свойствам (уровню применяемых скоростей резания), твердые сплавы плохо сопротивляются изгибу и растяжению (см. табл. 3) и поэтому имеют повышенную хрупкость; это приводит к частым случаям выкрашивания и поломок твердосплавных пластинок, особенно при работе с ударами или неравномерной нагрузкой.
Как уже указывалось, роль связки в твердых сплавах играет кобальт. Влияние связывающих свойств кобальта на прочность сплава очень велико. Так, например, вольфрамовый сплав с 3% кобальта имеет сопротивление изгибу примерно 100 кг!мм2. Если удалить из сплава весь кобальт, то сопротивление изгибу уменьшается до 50 кг/мм2. Это показывает, что, вопервых, карбиды вольфрама связаны между собой и образуют как бы прочный каркас, скелет сплава и, вовторых, наличие кобальта очень важно для увеличения прочности и вязкости сплава. Однако при содержании кобальта более 10% существенно изменяется строение карбидной сетки и она не составляет уже связанного каркаса. Поэтому значительно ухудшаются режущие свойства твердого сплава.
Таким образом, увеличение содержания кобальта полезно с точки зрения уменьшения хрупкости твердых сплавов и в то же время вредно с точки зрения их режущих свойств.
Тесная связь между содержанием кобальта в твердом сплаве, с одной стороны, и его прочностью и режущими свойствами, с другой, имеет решающее значение при выборе марки твердого сплава, применение которой в данных условиях работы инструмента наиболее целесообразно. Для обдирочных работ при прерывистом резании или при неравномерном сечении срезаемого слоя, т. е. в случае значительных и изменяющихся по величине силовых нагрузок на режущее лезвие, предназначены сплавы с большим содержанием кобальта (ВК8 и ВК4 для обработки чугуна, цветных металлов, пластмасс; Т5КЮ для обработки сталей). Для получистовых работ при непрерывном резании и относительно равномерном сечении срезаемого слоя предназначены сплавы с меньшим содержанием кобальта (соответственно ВК6 или Т14К8 и Т15К6); для отделочных работ с высокими скоростями и малыми сечениями срезаемого слоя, когда силы резания имеют небольшую и постоянную величину, но зато требуется особенно высокая износостойкость инструмента, должны применяться сплавы с наименьшим содержанием кобальта и наибольшим содержанием карбидов вольфрама и карбидов титана (ВКЗ и ВК2 или Т30К4 и Т60К6).