Основные свойства твердых сплавов

23.07.2019

Области применения металлокерамических твердых сплавов обусловливаются их физико-механическими свойствами, которые могут меняться в определенных пределах в зависимости от химического состава сплава и ряда других факторов. Основными свойствами твердых сплавов, определяющими области их применения, являются твердость, прочность и пластичность. Кроме того, большое влияние на их применение в различных условиях оказывают теплопроводность и коэффициент линейного расширения Особо важное значение имеют такие свойства, как износостойкость и режущая способность.

Пластичность — свойство тел при воздействии на них нагрузок сохранять остаточную деформацию после устранения действовавших сил. Большой недостаток металлокерамических твердых сплавов — их малая пластичность. Она понижается с уменьшением содержания цементирующей фазы в сплаве, т. е. зависит в основном от химического состава сплава. Благодаря малой пластичности твердые сплавы относятся к хрупким сплавам и плохо переносят удары, переменные нагрузки, вибрации и неравномерные припуски на обработку (при резании металлов). С изменением температуры меняется пластичность сплавов. Так, например, титановольфрамовые сплавы с увеличением температуры имеют повышенную величину ударной вязкости по сравнению с вольфрамовыми сплавами и сохраняют эту величину при высокой температуре. Такое обстоятельство имеет большое значение для эксплуатации металлорежущего инструмента, работающего при высоких температурах. Это явление в некоторой степени объясняет то, что при низких скоростях резания титановольфрамовые сплавы работают хуже, чем при высоких. Малую пластичность твердых сплавов всегда следует учитывать при конструировании и эксплуатации инструмента и деталей машин, оснащенных твердыми сплавами.

Износостойкость — особый вид остаточной деформации поверхностей металлических изделий и деталей, обусловливаемый трением о соседние (сопряженные) детали.

Износостойкость твердых сплавов зависит в основном от тех же факторов, что и твердость, и является свойством, почти параллельным твердости. Высокая износостойкость твердого сплава по сравнению с другими материалами, применяемыми в тех же условиях, часто является незаменимым качеством. Она обусловливает применение твердого сплава в качестве инструментального материала для изготовления различных видов режущего инструмента, а также в качестве конструкционного материала для деталей машин и механизмов, подвергающихся по роду своей работы сильному износу. Изнашивание металлов при взаимном трении происходит в результате следующих явлений:

а) хрупкого скалывания частиц трущихся поверхностей;

б) смятия поверхностей;

в) химического взаимодействия трущихся поверхностей деталей.

В большинстве случаев все указанные факторы действуют одновременно, но обычно преобладает один из них в зависимости от химического состава сплава. Вообще же износостойкость твердого сплава зависит от химического состава сплава, величины зерен карбидной фазы и условий работы инструмента (деталей). Абсолютные значения износостойкости получить весьма трудно, поэтому она определяется сравнительными данными в каждом конкретном случае в зависимости от вида и условий износа.

В пределах одной группы сплавов износостойкость повышается с увеличением содержания карбидной фазы и повышением дисперсности структуры сплава. Титановольфрамовые сплавы, содержащие малый процент цементирующего металла, изнашиваются в большинстве случаев в результате хрупкого скалывания. Сплавы вольфрамовой группы с высоким содержанием цементирующего металла изнашиваются в основном вследствие пластической деформации связки.

При обработке металлов резанием большое влияние на процесс износа твердого сплава оказывает его слипаемость с обрабатываемым материалом. Слипаемость, или схватывание, происходит в результате приваривания стружки обрабатываемого материала к твердому сплаву в процессе резания. Образующиеся наросты в дальнейшем отрываются от твердого сплава вместе с его частицами. В результате этого режущие кромки инструмента получаются с большими неровностями, что приводит к резкому износу твердого сплава. Этим явлением объясняется то, что титановольфрамовые сплавы обладают большей износостойкостью при обработке стали, чем вольфрамовые, и меньшей склонностью к образованию лунки на передней поверхности инструмента, так как при резании стали титановольфрамовыми сплавами наблюдается меньшая слипаемость и пониженная прочность приваренных частиц обрабатываемого материала. Износостойкость титановольфрамовых сплавов выше, чем вольфрамовых.

Теплопроводность — процесс распространения тепла в неравномерно нагретом теле, обусловленный передачей энергии между непосредственно соприкасающимися частями тела.

Теплопроводность — важное свойство твердых сплавов и играет большую роль при их эксплуатации. Твердые сплавы работают в условиях трения о них других обрабатываемых материалов. В результате образуется тепло, которое при хорошей теплопроводности отводится от места контакта обрабатываемого материала с твердым сплавом. Большое влияние теплопроводность оказывает на обработку резанием металлов, дающих сливную стружку, т. е. такую стружку, которая в процессе резания непрерывно трется о твердый сплав. Если твердый сплав отличается малой теплопроводностью, то выделяющееся в процессе резания тепло сосредоточивается на режущей кромке инструмента и стружки. В этом случае стружка размягчается и мало изнашивает сплав, но режущая кромка инструмента сильно нагревается и соответственно быстро изнашивается. Поэтому теплопроводность должна иметь определенное оптимальное значение, обеспечивая наилучшие режущие свойства сплава. В пределах одной группы сплавов теплопроводность зависит от количества карбидного компонента и пористости. С уменьшением карбидной фазы и пористости теплопроводность сплавов возрастает. Вольфрамовые сплавы более теплопроводны, чем титановольфрамовые.

Коэффициент линейного расширения — величина, характеризующая удлинение тела при нагреве. Если обозначить коэффициент линейного расширения через а, длину стержня до нагрева и после него через l1 и l2 соответственно при первоначальной температуре t1 и конечной температуре t2, то можно написать формулу
Основные свойства твердых сплавов

Коэффициент линейного расширения твердых сплавов зависит от их химического состава и может изменяться в довольно широких пределах. Он повышается с увеличением содержания цементирующего металла (кобальта) и уменьшением количества карбидной фазы. Это объясняется тем, что коэффициент линейного расширения цементирующей фазы в несколько раз выше коэффициента линейного расширения карбидной фазы. Расширение сплава при нагреве происходит вследствие увеличения расстояния между каждой парой соседних атомов.

Коэффициент линейного расширения титановольфрамовых сплавов примерно в 2 раза ниже, чем для малоуглеродистой стали. Это различие отражается на качестве инструмента с напаянными пластинками твердого сплава. Из-за дополнительных напряжений, возникающих в результате различных коэффициентов линейного расширения стали и твердого сплава, пластины твердого сплава могут отслаиваться по всему сечению вблизи припоя. В производственных условиях принимают меры, исключающие такое явление (например, применяют прокладки из пермалоя между пластинкой и державкой).

Термические свойства твердых сплавов играют большую роль при изготовлении и эксплуатации инструмента. Твердые сплавы очень чувствительны к условиям нагрева и охлаждения, а они всегда имеются при пайке пластин твердого сплава к инструменту, при шлифовании и заточке изделий из твердого сплава. Во избежание образования трещин в изделиях из твердого сплава следует применять медленное нагревание при пайке, пониженные режимы резания при шлифовании и заточке и по возможности обильное охлаждение. Трещины в твердом сплаве могут появляться и при быстром местном нагревании в процессе резания, в особенности при большом износе режущих поверхностей. Поэтому большой износ инструмента не допускается.

Красностойкость — свойство твердого сплава сохранять при высокой температуре твердость, износостойкость и другие качества, необходимые для резания. Красностойкость твердого сплава имеет большое значение, так как с ее увеличением возрастают скорости резания, которые повышают производительность процесса резания. Красностойкость твердого сплава очень важна при резании сталей, так как образующаяся сливная стружка, как указывалось выше, постоянно трется о пластину твердого сплава и разогревает ее.

Красностойкость определяется прочностью твердого сплава при высоких температурах. Цементирующий металл (кобальт) имеет меньшую прочность при высоких температурах, чем карбиды тугоплавких металлов вольфрама и титана. Отсюда следует, что красностойкость металлокерамических твердых сплавов зависит от соотношения цементирующего металла и карбидов. Она проявляется в пределах 900—1100°C. Красностойкость титановольфрамовых сплавов выше, чем вольфрамовых, благодаря присутствию карбида титана.













Рассмотренные выше свойства металлокерамических твердых сплавов влияют на области их применения. В табл. 23 представлены основные марки твердых сплавов, выпускаемые отечественной промышленностью, их химический состав, основные свойства и условия применения. В России выпускают три группы металлокерамических твердых сплавов:

1) вольфрамовые или вольфрамокобальтовые (WC—Co). Сплавы этой группы обозначают буквами BK. После буквы К прибавляют цифру, указывающую содержание кобальта в процентах. Например, обозначение ВК6 характеризует сплав с 6% Co и 94% WC. Крупнозернистые сплавы этой группы дополнительно обозначают буквой В (например, ВК8В), мелкозернистые сплавы — буквой M (например, ВК6М);

2) титановольфрамовые (WC—TiC—Co). Сплавы этой группы обозначают буквами TK. Цифры, следующие за буквами T и К, означают примерное процентное содержание соответственно карбида титана и кобальта в сплаве (например, Т5К10);

3) титанотанталовольфрамовые (WC — TiC—TaC—Co). Сплавы этой группы аналогично титановольфрамовым сплавам обозначают теми же буквами, но прибавляют еще одну букву T (например, ТТ7К12). Буквы TT и цифра, следующая за ними, означают примерное процентное содержание карбидов титана и тантала в сумме. Цифра, следующая за буквой К, означает процент содержания кобальта в сплаве. Разнообразие групп и марок металлокерамических твердых сплавов обусловлено различием в их назначении.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна