Читайте также:
|
Для правильного выбора марки твердого сплава для реализации процесса обработки в заданных условиях, кроме подгрупп применения, необходимо знать также тип обработки (чистовая, получистовая, легкая и черновая), которые подразделяются в зависимости от величин глубины резания (t, мм) и подачи (S0, мм/об). Типы обработки приведены в
табл. 3.7.
Из табл. 3.6 видно, что область использования марки твердого сплава будет зависеть от обрабатываемого материала, условий и типа обработки. Примерное соответствие отечественных и зарубежных марок твердых сплавов классификации ИСО приведено в табл. 3.8.
Примечание. Твердые сплавы серии МС выпускаются на Московском комбинате твердых сплавов (МКТС) по технологии фирмы «Sandik Coromant». Обозначение сплава состоит из букв МС и трехзначного (для пластин без покрытий) или четырехзначного (для пластин с покрытием карбидом титана) числа: 1-я цифра соответствует области применения сплава по классификации ИСО (1 – обработка материалов, дающих сливную стружку; 2 – область обработки, соответствующая области М; 3 – обработка материалов, дающих стружку надлома); 2 – я и 3 – я цифры характеризуют подгруппу применяемости; 4 –я цифра – наличие покрытия.
Рекомендуемые области твердых сплавов приведены в табл. 3.9.
Безвольфрамовые твердые сплавы, применяемые в качестве материалов, не содержащих дефицитных элементов, с их несколько большей, чем у вольфрамосодержащих твердых сплавов, теплостойкостью, меньшей склонностью к адгезии с обрабатываемым материалом, вполне соответствуют областям применения для ТН20 Р01 – Р20 (чистовая и получистовая обработка) и для КНТ16 Р20 – Р30 (получистовая и легкая черновая обработка).
Таблица 3.6 - Области применения твердых сплавов в зависимости от типа обработки
| Условия обработки | ISO | Тип обработки | |||
| чистовая | получистовая | легкая черновая | черновая | ||
| Хорошие | Р | Р01-Р10 | Р10-Р25 | Р25-Р30 | Р30-Р35 |
| М | М10-М15 | М15-М20 | М20-М25 | М25-М30 | |
| К | К01-К05 | К05-К10 | К10-К15 | К15-К20 | |
| Нормаль- Ные | Р | Р10-Р25 | Р25-Р30 | Р30-Р40 | Р40-Р50 |
| М | М15-М20 | М20-М25 | М25-М30 | М30-М35 | |
| К | К05-К10 | К10-К15 | К15-К20 | К20-К25 | |
| Тяжелые | Р | Р30-Р35 | Р35-Р40 | Р40-Р45 | Р45-Р50 |
| М | М20-М25 | М25-М30 | М30-М35 | М35-М40 | |
| К | К10-К15 | К15-К20 | К20-К25 | К25-К30 |
Таблица 3.7 - Значения параметров режима резания для различных типов обработки
| Параметры режима резания | Тип обработки | |||
| чистовая | получистовая | легкая черновая | черновая | |
| Глубина t, мм | 0,25-2,0 | 0,5-3,0 | 2,0-6,0 | 5,0-10,0 |
| Подача S0, мм/об | 0,05-0,15 | 0,1-0,3 | 0,2-0,5 | 0,4-1,8 |
Таблица 3.8 - Примерное соответствие отечественных и зарубежных марок твердых сплавов классификации ИСО
| Группа применяемости по ИСО | Марки по ГОСТ, ТУ или иностранных фирм | |||||||
| Основная | Подгруппа | Твердость HRA | Цвет | ГОСТ 3882-74 | ТУ 48-19-308-80 (МКТС) | Твердость HV | Фирма «Коромант» «Coromant» (Швеция) | Фирма «Хертель» «Hertel» (ФРГ) |
| Р | Р01 | 96,5 | синий | Т30К4 | МС101 | 1710 – | F02; S1P | - |
| Р10 | 94,0 | Т15К6 | МС111 | 1525 - 1675 | GC415; S1P; S10T; GC015 | - | ||
| P20 | 92,3 | T14K8 | MC121 | 1475 - 1625 | S2; GC120 | P2F | ||
| P25 | 89,5 | TT20K9 | MC137; MC2210 | 1485 - 1635 | GC1025; SM; SMA | P2F | ||
| P30 | 88,5 | Т5К10 | MC131; MC1460 | 1430 - 1570 | SM30; S30T | P2F GX | ||
| P40 | 90,8 | Т5К10 | MC146 | 1320 - 1460 | S6 | GX | ||
| P50 | - | TT7K12 | - | - | R4 | GX | ||
| М | М10 | 93,6 | желтый | ТТ8К7 | МС212 | 1590 - 1680 | R1Р; Н13А | КМ1 |
| М20 | 93,1 | ТТ10К8-Б | МС221 | 1530 - 1630 | GC415; Н13А; SН; GC015 | КМ1 | ||
| М30 | 91,8 | ВК10-ХОМ | - | - | S6; Н10F | - | ||
| М40 | - | ТТ7К12 | - | - | R4 | - | ||
| К | К01 | - | красный | ВК3; ВК3М | МС301 | 1760 - 1940 | Н05 | - |
| К05 | 93,8 | ВК6-М | МС306 | 1665 – 1835 | - | КМ1 | ||
| К10 | 93,4 | ВК6-ОМ | МС313; МС3210 | 1505 - 1655 | Н10Р; GC310 | КМ1; К20 | ||
| К20 | 88,5 | ВК6 | МС318 МС321 | 1575 – 1725 1450 – | SMА; НВА; Н20 | КМ1; К20 | ||
| К30 | 87,5 | ВК8; ВК8М | - | - | Н20; НВА | - | ||
| К40 | 87,5 | ВК15 | - | - | - | - |
Таблица 3.9 - Рекомендуемые области применения твердых сплавов
| Марка сплава ГОСТ 3882-74 (ТУ 48-19-307-87) | Область применения | |
| основная группа | подгруппа | |
| Т30К4 Т15К6, (МС111) Т14К8, (МС121) ТТ20К9, ТТ21К9, (МС137) Т5К10, ТТ10К8-Б, (МС131) Т5К12, ТТ7К12, (МС146) ТТ7К12 | Р | Р01 Р10 Р20 Р25 Р30 Р40 Р50 |
| ВК60М, (МС313) ВК6М, ТТ8К6, (МС211) ТТ10К8-Б, МС221, (МС321) ВК10-М, ВК10-ХОМ, ВК8 ВК10-ХОМ, ТТ7К12, ВК15-ОМ, ВК15-ХОМ, (МС241, МС146) | М | М05 М10 М20 М30 М40 |
| ВК3, ВК3-М, (МС301) ВК6-ОМ, ВК6-М, (МС306) ТТ8К6, ВК6-М (МС312, МС313) ВК4, ВК6, ВК8,Т8К7, (МС318, МС321) ВК8, ВК15, (МС347) | К | К01 К05 К10 К20 К30 К40 |
| Примечание. Износостойкость сплавов возрастает снизу вверх, прочность – наоборот |
БТВС особенно эффективны при обработке заготовок с большой площадью обрабатываемой поверхности за одну установку, когда припуск на обработку минимален, а резание ведется на высоких скоростях резания с целью обеспечения высокой чистоты обработанной поверхности и высокой размерной стойкости инструмента, т.е. когда к обработанной детали предъявляются высокие требования по точности размеров и геометрической точности.
С помощью рекомендаций, приведенных в табл. 3.5 – 3.8, можно быстро и эффективно подобрать марку твердого сплава для резания практически любого обрабатываемого материала в конкретных (заданных) условиях или определить область рационального использования того или иного твердого сплава.
3.7 Основные тенденции совершенствования твердых сплавов
В настоящее время номенклатура твердых сплавов постоянно изменяется, причем заметно повысилось качество сплавов. Это связано не только с использованием производителями более совершенного производственного и контрольного оборудования, а также более прогрессивных технологий, но и с необходимостью решения все еще сложной и актуальной проблемы обработки резанием труднообрабатываемых материалов, например, коррозионностойких, жаро – и высокопрочных материалов. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является применение твердых сплавов группы ВК с особомелкозернистой (размер зерен до 1 мкм) и тонкой (ультрамелкозернистой) гранулометрической (размер зерен 0,2 – 0,5 мкм) структурами, так называемых микронных однокарбидных твердых сплавов. Эти сплавы характеризуются повышенной твердостью, вязкостью, прочностью и износостойкостью и эффективны при обработке как с низкими, так и с высокими скоростями резания. В тяжелых условиях резания (например, обработка жаропрочных сплавов) не только обычные, но и мелкозернистые твердые сплавы быстро изнашиваются, возникают сколы режущей кромки, в частности и из-за «приваривания» карбида вольфрама к стружке. В микронных твердых сплавах удержание карбида вольфрама кобальтом значительно выше. Применение микронных твердых сплавов позволяет также использовать режущие пластины с большими передними углами, что улучшает условия обработки вязких материалов, в том числе и сплавов с высоким содержанием титана. Однокарбидные твердые сплавы с тонкой структурой обеспечивают и меньшую шероховатость обработанной поверхности.
Примечание. Двухкарбидные твердые сплавы группы ТК из-за их повышенной хрупкости с зерном мелкого и особомелкого размера не производят
Использование твердых сплавов ультра- и особомелкозернистой структуры при производстве режущего инструмента позволяет при заточке и доводке инструмента получить радиус округления режущих кромок в пределах ρ = 5-10 мкм и меньше, что вполне соизмеримо с радиусом округления для инструмента из углеродистых инструментальных и быстрорежущих сталей. Кроме того, такие сплавы имеют более высокую однородность зерен по объему, что делает ультра- и особомелкозернистые сплавы наиболее пригодными для изготовления мелкоразмерного цельнотвердосплавного инструмента (сверл, концевых фрез, резьбонарезного инструмента, например, метчиков и др.) и протяжек. В настоящее время западные производители режущего инструмента рекомендуют использовать инструмент из ультра- и особомелкозернистых сплавов для обработки высокопрочных чугунов, закаленных сталей, сплавов на основе никеля, титана и молибдена, высококремниевых алюминиевых сплавов, стекло-, угле- и боропластиков.
Микронные твердые сплавы совершенствуют применением принципиально новых технологий их производства на основе использования субмелкозернистого исходного зерна, совмещения процесса синтеза и горячего прессования, введения дополнительной операции доуплотнения структуры сплавов на специальных установках газостатического прессования.
Совершенствовать твердые сплавы, в т.ч. и группы ТК, можно и путем введения при их изготовлении в относительно небольших количествах (до 2%) различных легирующих добавок (карбида тантала, карбида хрома и др.), которые тормозят рост зерна карбида вольфрама при спекании и способствуют получению сплавов с весьма мелкозернистой структурой, в результате чего существенно повышается не только прочность, но и износостойкость твердого сплава. В настоящее время получены сплавы, применяемые для резания стали с большими ударными нагрузками.
Твердый сплав Т4К8, содержащий 2% карбида тантала, предназначен для замены стандартного сплава Т5К10. Предел прочности его при изгибе 1600 МПа, в то время как у сплава Т5К10 он составляет 1421 МПа (см. табл. 3.1). Предельная пластическая деформация (вязкость) Т4К8 равна 1,6%, а у сплава Т5К10 – 0,4%.
Сплав Т4К8 в большей степени, чем сплав Т5К10, сопротивляется ударным нагрузкам и может применяться при черновой токарной обработке стальных отливок при скорости резания 30-70 м/мин, глубине резания до 40 мм и подаче в пределах 1-
1,2 мм/об. В этих условиях стойкость инструмента, оснащенного сплавом Т4К8, в 1,5-2,0 раза выше, чем стойкость инструмента, оснащенного сплавом Т5К10.
При совершенствовании твердых сплавов установлено, что карбид хрома действует на свойства вольфрамокобальтовых сплавов аналогично карбиду тантала. Добавка 0,5% карбида хрома оказывает такое же действие, как и добавка 2% карбида тантала. Износостойкость высококобальтовых мелкозернистых сплавов при добавлении карбида хрома увеличивается. Добавка карбида хрома по-разному влияет на предел прочности при изгибе сплавов с равным содержанием кобальта: в сплаве с 6% кобальта введение до 1 % (по массе) карбида хрома понижает предел прочности при изгибе, в сплаве с 10% кобальта добавка карбида хрома не вызывает изменения предела прочности при изгибе, а в сплаве с 15% кобальта даже повышает предел прочности по сравнению с аналогичным сплавом типа ОМ. С учетом этих особенностей выпуск сплавов, легированных карбидом хрома, ограничен марками ВК10 - ХОМ и ВК15-ХОМ. Легирование сплавов карбидом хрома увеличивает их твердость и прочность при повышенных температурах.
Наиболее радикально совершенствуются БВТС. Необходимо отметить, если в странах СНГ выпуск БВТС составляет не более 1% от общего объема твердых сплавов, в Западной Европе и США используют 2-5% БВТС, то в Японии - до 30-35%.
В мировой практике в настоящее время производят БВТС главным образом на основе ТiC, ТiCN и ТiС-ТiN с различными вариантами связок, чаще всего никель - молибденовой.
Для повышения пластичности и сопротивляемости разрушению при термоциклических нагрузках БВТС дополнительно легируют карбидами Мо, V, Та, Nb, Zr, А1, Сг, а также W. Рассматривается также возможность производства БВТС на основе боридов переходных металлов IV - VI групп Периодической системы и, в частности, ТiВ и ТiВq.
Эффективность БВТС при резании в значительной степени определяетcя составом и свойствами связки. При производстве БВТС для ее упрочнения в состав связки вводят Fе, Сг, Аl, W, Ti, Si и др. элементы. Например, при легировании БВТС алюминием происходит образование субмикроскопической фазы Ni(Тi,Аl), выполняющей роль своеобразного фазового упрочнителя. В результате происходит упрочнение связки, растет твердость сплава без снижения его прочности. Маловольфрамовый твердый сплав ТВ4 (89HRA, σи =1,3 ГПа) на основе ТiCN с никель-молибденовой связкой, легированной вольфрамом, имеет повышенную прочность и предназначен для чернового точения и фрезерования сталей (Р20 – Р30). В мировой практике используют БВТС с содержанием связки в пределах 5-25% (по весу).
Фирма «Sumitomo» (Япония) разработала серию БВТС, которые полностью вытеснили вольфрамосодержащие твердые сплавы для операций чистового и получистового точения сталей (Р01-Р20). В частности, сплав Т12А (HV = 1580, σи =1,65 ГПа) применяется для получистового точения и фрезерования конструкционных сталей на ферритной основе с v = 100-300 м/мин и v = 150-200 м/мин соответственно, а также для точения (v = 60-250 м/мин) и фрезерования (v = 60-120 м/мин) нержавеющих сталей. Наиболее удачным в этой серии является сплав Т25А (HV = 1520; σи = 1,85 ГПа}, предназначенный для получистового точения конструкционных сталей (v = 50-200 м/мин) и фрезерования (v = 120-180 м/мин, Sz = 0,25 мм/зуб).
Еще одно направление совершенствования БВТС связано с введением в их состав небольшого количества (до 2%) карбидов WС и ТаС с целью повышения теплопроводности и снижения коэффициента термического расширения, что заметно повышает сопротивляемость БВТС разрушению в условиях термоциклического нагружения и значительно повышает износостойкость сплава для тяжелых операций и, в частности, для чернового фрезерования. Например, фирма «Toshiba Tungaloy» (Япония) разработала гамму БВТС с добавками WС и ТаС. Сплавы 308 (ТiCN+WС+ТаС) и 350 ((Тi,W,Та)CN) рекомендованы фирмой для оснащения инструмента, предназначенного для получистового точения сталей и чугунов, а также закаленных сталей и чугунов повышенной прочности, нержавеющих аустенитных сталей и хромоникелевых сталей (Р01-Р20, К01-К20, М05-М10). Благодаря высокой сопротивляемости разрушению при термоциклических нагрузках торцовые фрезы, оснащенные пластинами из твердого сплава NS540 (ТiC+ТаС), характеризующегося уникальным сочетанием высокой твердости (соответствует области применения вольфрамосодержащих сплавов Р10) и прочности (соответствует области применения вольфрамосодержащих сплавов Р40), могут быть использованы для фрезерования стали (НВ160) с v = 170 м/мин; Sz = 0,2 мм/зуб; t= 4-5 мм. При этом допускается применение СОТС.
Фирма «Krupp Widia» (Германия) выпускает БТВС Widiacerm TTi и TTi – 15, содержание которых приведено в
табл. 3.10, а физико-механические свойства - в табл. 3.11.
Таблица 3.10 - Состав сплавов Widiacerm TTi и TTi – 15
| Твердый сплав | Содержание, процентов по весу | ||||||||
| TiC | TiN | WC | MoC | TaC | NbC | VC | Ni | Co | |
| Tti | - | - | 5,5 | 5,5 | |||||
| Tti – 15 | 15,1 | 18,2 | 7,1 | 9,27 | 1,03 | - | 5,2 | 9,1 |
Пластины из этих сплавов применяются для обработки нелегированных и легированных сталей и чугуна с шаровидным графитом. Уникальная прочность этих сплавов на изгиб позволяет изготавливать из них пластины с небольшим радиусом округления режущих кромок, что обеспечивает повышенную точность размеров изготавливаемых деталей и снижение шероховатости обработанных поверхностей на 50%. Инструмент, оснащенный пластинами из TTi, рекомендован фирмой для использования на чистовых операциях со скоростью резания 450 м/мин, а пластины из TTi – 15 – для получистового и чернового точения и фрезерования со скоростью резания до 350 м/мин. Из отечественных БВТС следует отметить сплав ТМ (ТМ1, ТМ3) на основе карбида титана с добавкой карбида ниобия (NbC) на никель-молибденовой связке, который показывает более высокую стойкость (до двух раз), чем сплав Т30К4.
Таблица 3.11 - Физико-механические свойства сплавов TTi и TTi – 15
| Показатель | Вольфрамосодержащие ТС | БТВС | ||
| Р10 | Р25 | TTi | TTi – 15 | |
| Р01 – Р10 | Р10 – Р25 | |||
| Плотность, г/см3 | 10,6 | 12,5 | 6,1 | 7,1 |
| Твердость НV | ||||
| Прочность, Мпа: -на изгиб -на сжатие | ||||
| Трещиностойкость Klc, МПа∙м1/2 | 8,2 | 8,5 | 9,8 | |
| Модуль Юнга, МПа | ||||
| Коэффициент Пуассона | 0,22 | 0,22 | 0,21 | 0,22 |
| Теплопроводность, Вт/(м∙К) | ||||
| Коэффициент термического расширения α∙10−6, К−1 | 7,2 | 6,7 | 9,5 | 9,4 |
3.8 Вопросы для самопроверки
1 Охарактеризуйте отличительные от инструментальных сталей особенности твердых сплавов.
2 На какие подгруппы по химическому составу и областям применения делятся твердые сплавы?
3 Охарактеризуйте особенности строения и получения (изготовления) однофазных твердых сплавов.
4 Охарактеризуйте особенности строения и получения (изготовления) двухфазных твердых сплавов.
5 Охарактеризуйте особенности строения и получения (изготовления) трехфазных твердых сплавов.
6 Охарактеризуйте влияние размеров карбидов в формировании основных (режущих) свойств твердых сплавов.
7 Охарактеризуйте роль карбидов и связующего кобальта в формировании основных (режущих) свойств вольфрамосодержащих твердых сплавов.
8 Приведите марки, химический состав, основные (режущие) свойства и области применения вольфрамокобальтовых (ВК) твердых сплавов.
9 Приведите марки, химический состав, основные (режущие) свойства и области применения титановольфрамовых (ТК) твердых сплавов.
10 Приведите марки, химический состав, основные (режущие) свойства и области применения титанотанталовольфрамовых (ТТК) твердых сплавов.
11 Приведите марки, химический состав, основные (режущие) свойства и области применения безвольфрамовых твердых сплавов (БВТС).
12 Назовите области рационального использования каждой группы твердых сплавов?
13 Назовите области применения крупнозернистых и мелкозернистых твердых сплавов.
14 Охарактеризуйте классификацию современных твердых сплавов по международному стандарту ИСО 513-75.
15 Охарактеризуйте методику определения условий эффективного использования твердых сплавов в соответствии с ИСО 513-75.
16 Как изменяются износостойкость и прочность твердого сплава в зависимости от увеличения индекса подгруппы применения по ИСО 513-75?
17 Охарактеризуйте основные тенденции совершенствования твердых сплавов. Приведите примеры.
18 Приведите примеры новых марок твердых сплавов, созданных различными фирмами, и охарактеризуйте области их эффективного использования.
Дата добавления: 2015-11-30; просмотров: 61 | Нарушение авторских прав