Безвольфрамовые твердые сплавы марки

Обновлено: 30.04.2025

Литые твердые сплавы получают методом литья. К данной группе относят стеллиты (хром, вольфрам, никель, углерод; основа - кобальт), сормайты (хром, никель, углерод; основа - железо), стеллитоподобные сплавы (основа - никель). Для наплавки их выпускают в виде литых стержней или прутков различного химического состава.

В безвольфрамовых твердых сплавах карбид вольфрама заменяется либо на какой-либо другой твердый материал, например, нитрид, борид, силицид, либо на карбид иного тугоплавкого металла, например, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена.

Применение и продукция из твердых сплавов

Материал широко распространен в современной промышленности. Развивается и технология производства самих сплавов, улучшается их качество, меняется состав, появляются новые маркировки. Но помимо изменения самого материала, меняются и принципы работы с ним. Появляются новые типы соединений, наносимые на изделия, благодаря чему, они приобретают новые функции и роли в промышленности.

На сегодняшний день твёрдые сплавы применяются:

В производстве режущего инструмента. Изготовленные из высокопрочных материалов инструменты позволяют повысить качество производства, ускорить его и снизить затраты на брак и закупку материалов. Высокая жаростойкость и прочность позволяют работать на предельных скоростях. Поэтому сплавы гораздо более ценны в производстве инструмента, нежели простая сталь. В их производстве зачастую используют алмазные заготовки, значительно повышающую качество материала и его свойства. К примерам таких инструментов можно отнести резцы, свёрла и т.д.;
В изготовлении высокопрочных деталей для механических изделий, производственных машин, автомобилей и техники, ножей и лезвий для грейдеров – в механизмах, испытывающих высокие перегрузки и усилия;
В производстве оборудования, предназначенного для больших нагрузок. Например, рудодобывающее оборудование, буровые установки. Сплавы применяются в опорах промышленных весов и в прочих механизмах, рассчитанных на большие усилия и давления;
При изготовлении мелких, но ключевых деталей различных механизмов. Например, из данного материала производятся подшипники, клеммы, различные защитные напыления и прочее.
В производстве различных форм и матриц, при отливке стальных изделий как простых, так и имеющих сложную форму.
Для механической постобработки сложных материалов (сталь, чугун, цветные металлы, жаростойкие материалы и т.д.).
При штамповании различных изделий.

Перед закупкой инструмента, деталей или просто исходного материала, в составе которого есть сплавы, необходимо тщательно изучить к какому классу они относятся и какими свойствами обладают. В этом поможет понимание значений маркировок, которые указывают на состав изделия и, как следствие, на его способность выдерживать те или иные нагрузки. Каждый класс материала предназначен для применения в конкретной сфере производства и может быть абсолютно не пригоден для иной, что также следует учитывать.

ВОПРОС 63. Безвольфрамовые твердые сплавы, их марки, физико-химические свойства и область применения.

В связи с высокой дефицитностью основных компонентных составляющих твердого сплава, и прежде всего W и Со, в странах СНГ развернуты широкие изыскания по разработке экономнолегированных безвольфрамовых твердых сплавов. [2]

Перспективным направлением разработки безвольфрамовых твердых сплавов (БВТС) оказалось создание сплавов на основе карбонитрида и карбида титана с никель-молибденовой связкой.

Сплавы отличаются высокой твердостью, окалиностойкостью, имеют низкий коэффициент трения по стали и пониженную склонность к адгезионному взаимодействию с обрабатываемым материалом, что уменьшает износ инструмента по передней поверхности при обработке стали и позволяет получить при обработке сталей низкую шероховатость обработанной поверхности и высокую размерную точность. В то же время безвольфрамовые сплавы имеют более низкий модуль упругости, а, следовательно, и сопротивление упругим пластическим деформациям, чем вольфрамосодержащие, меньшую теплопроводность и ударную вязкость, поэтому они хуже сопротивляются ударным и тепловым нагрузкам, также отличаются пониженной жаропрочностью, т.е. интенсивно разупрочняются при более низких температурах, чем сплавы типа ТК.

Указанные свойства определили и области рационального применения сплавов при обработке материалов резанием: главным образом чистовая и получистовая обработка при точении и фрезеровании углеродистых и легированных сталей с высокой скоростью резания и относительно небольшим сечением среза взамен титановольфрамовых сплавов.

Эффективно применение безвольфрамовых сплавов в виде сменных многогранных пластин, так как при напайке и заточке из-за низкой теплопроводности возможно появление внутренних напряжений и, как следствие, трещин на пластинах, а также снижение их эксплуатационной стойкости.

Промышленность страны выпускает две стандартные марки безвольфрамовых сплавов в соответствии с ГОСТ 26530-85 (табл. 1).

Таблица 1 «Состав и основные свойства промышленных марок БВТС»

С учетом относительно низких значений теплостойкости и пластической прочности БВТС проведены исследовательские работы по совершенствованию их свойств за счет упрочнения связки или карбонитридной фазы. Результатом таких разработок стало появление новых марок БВТС с улучшенными свойствами по хрупкой и пластической прочности.

Примером совершенствования БВТС могут служить сплавы ЛЦК20, карбо-нитридная фаза которых легирована цирконием, сплавы ТВ4, ЦТУ и НТНЗО, связки которых имеют заметно более высокую прочность и теплостойкость за счет легирования соответственно карбидом вольфрама, вольфрамом и карбидами титана и ниобия. Новая группа сплавов этого типа имеет повышенную эксплуатационную надежность и расширенную область применения. В частности, сплавы ТВ4, НТНЗО рекомендуют для черновой обработки стали при фрезеровании и точении (области применения Р20-Р30).

Состав и некоторые свойства БВТС повышенной прочности показаны в таблице 2.

Таблица 2 «Состав и свойства БВТС повышенной прочности»

Эффективность применения БВТС зависит от правильности подготовки инструмента, выбора режимов резания и условий обработки, включая обрабатываемый материал. Например, стандартный БВТС марок ТН-20, КНТ-16 не рекомендуется при обработке труднообрабатываемых материалов, твердых чугунов и закаленных сталей.

Опыт внедрения существующих безвольфрамовых сплавов и прогнозируемое расширение их применения в связи с появлением новых более совершенных марок показывает, что при выпуске требуемой номенклатуры изделий и обеспечении стабильного уровня качественных показателей, около 25-30% объема выпуска вольфрамосодержащих сплавов для обработки стали может быть заменено на безвольфрамовые.

БВТС с их более высокой, чем у вольфрамосодержащих твердых сплавов, теплостойкостью, меньшей склонностью к адгезии с обработанным материалом вполне отвечает современной тенденции обработки заготовок за одну установку, когда припуск на обработку минимален, а резание ведется на высоких скоростях резания при необходимости обеспечения низкой шероховатости обработанной поверхности и высокой размерной точности. Таким образом, инструмент, оснащенный пластинами из БВТС, становится особенно эффективным при обработке заготовок с большой площадью обрабатываемой поверхности, к которым предъявляются высокие требования по точности размеров и геометрической формы, шероховатости.

Применяются в машиностроении безвольфрамовые твёрдые сплавы при изготовлении режущего инструмента, пресс-форм и вытяжных матриц, измерительных калибров. [Yashericyn_Teoriya_rezaniya_43]

Безвольфрамовые твёрдые сплавы эффективно применяются при получистовой и чистовой обработке низколегированных, конструкционных, высокохромистых и хромоникелевых сталей с HRCэ 31,5, а также при обработке цветных металлов, взамен стандартных твёрдых сплавов Т15К6 и Т30К4.

Практическая часть

Задача 140. На токарно- винторезном станке 16К20 обтачивают заготовку диаметром D до диаметра d. Длина обрабатываемой поверхности l, длина заготовки L. Шероховатость обработанной поверхности Ra. Сечение державки резца В´Н=16´25 мм.

№ варианта	Материал заготовки	Заготовка	Способ крепления заготовки	Обработка и параметр шероховатости, мкм	Система СПИЗ	D	d	l	L
мм
Серый чугун, 200 НВ	Отливка без корки	В патроне	Точение напроход, черновое, R_а=12,5	Средняя	102h10

- привести схему обработки с указанием движений резания;

- выбрать режущий инструмент;

- назначить режимы резания табличным методом;

- определить основное время.

Решение:

Согласно условию задачи точение детали производиться в патроне, строим эскиз обработки.

Области применения

Спеченные твердые сплавы широко применяются для обработки материалов резанием, для оснащения горного инструмента, быстроизнашивающихся деталей машин, узлов штампов, инструмента для волочения, калибровки, прессования и так далее. В качестве примера самых распространенных изделий из твердых сплавов можно привести резцы и буровые головки. Инструмент, полностью изготовленный из твердого сплава, очень дорог, поэтому из него изготовляют лишь режущую или изнашиваемую часть. Державки же инструмента изготовляют из обычной конструкционной или инструментальной стали.

Литые твердые сплавы применяются значительно реже по сравнению со спеченными. Они получили распространение при производстве фильер и некоторых буровых инструментов.

Безвольфрамовые твердые сплавы

сплавы на основе карбида, карбонитрида и нитрида титана. Наиболее перспективными безвольфрамовыми твердыми сплавами БВТС на данном этапе являются керметы на основе карбонитрида титана. При изготовлении БВТС используют различные легирующие добавки и типы связующих. В зависимости от типа инструмента и области его применения используются керметы следующих составов: Ti(C,N)- Ni; Ti(C,N)- NiMo; (Ti,Mo) (C,N)- Ni/Mo; (Ti,Ta) (C,N)- Ni/Fe(Mo); (Ti,W) (C,N)-TaC- WC- Co; Ti(C,N)- (W,Ti)C- Co; TiC- TiN- Ni/Mo(W); TiC- TiN- Mo₂C- Ni; TiC- TiN- WC- Mo₂C-Ni/Co и т.д.

Рисунок 6.6 – Микроструктура безвольфрамовых твердых сплавов ТН20 (20% Ni – 80% TiC) (а) и КНТ16 (16% Ni Mo – 84% TiCN) (б)

В сравнении со сплавами на основе карбида вольфрама БВТС отличаются повышенной химической стабильностью и износостойкостью передней поверхности сменных многогранных пластин. Присущие первому поколению керметов относительно низкие значения прочности на изгиб и ударной вязкости удалось к настоящему времени значительно повысить и приблизить к этим показателям для карбида вольфрама (ударная вязкость до 10 МПа·м 1/2 , прочность на изгиб до 2300 Н/мм 2 ).Все это делает керметы наиболее перспективным материалом для изготовления сменных многогранных пластин, способных работать при скоростях резания до 500 м/мин; в ряде случаев обработка пластинами из БВТС позволяет избежать операции шлифования.

Первые промышленные твердые сплавы на основе карбида титана представляли собой твердый раствор ТiС-Мо₂С со связующими металлами, содержащими 10-15 % Ni; Ni-Сr; Ni-Мо или Ni-Мо₂С (например, сплав “Titanits” разработанный фирмой “MetallverkPlansee AG” (Австрия) имел следующий состав: 42,5 % TiC; 42,5 % Mo₂C; 14 % Ni; 1 % Cr). эти твердые сплавы не нашли промышленного применения прежде всего из-за высокой хрупкости и низкой прочности. Однако после исследований Хьюменика, обнаружившего значительное влияние на свойства безвольфрамовых твердых сплавов смачиваемости карбида титана жидкой фазой, эти сплавы вновь привлекли внимание исследователей. Содержание Мо в сплавах значительно сократили и частично или полностью вводили его в металлическую связку в виде Ni-Мо, а в качестве твердой составляющей использовали ТiС. В России наиболее известны две марки безвольфрамовых твердых сплавов: ТН20 и КНТ16.

Инструменты из сплавов на основе карбида титана выдерживают изменение скорости резания в более широком диапазоне по сравнению со сплавами на основе карбида вольфрама или керамикой, а также обеспечивают высокое сопротивление износу по передней поверхности и окалиностойкость, незначительную склонность к адгезионному взаимодействию и низкий коэффициент трения. Они обладают меньшей теплопроводностью, чем сплавы ВК и ТК, и большим коэффициентом линейного термического расширения. Эти обстоятельства должны учитываться при пайке резцов, которую следует проводить с большими предосторожностями, чем для обычных твердых сплавов. Безвольфрамовые сплавы обладают повышенной чувствительностью к условиям теплоотвода при резании.

Другой большой группой БВТС являются сплавы на основе системы TiC-TiN-Ni-Mo. Благоприятное воздействие добавок нитрида титана в твердые сплавы объясняется прежде всего уменьшением размера карбидного зерна. C введением в состав твердых сплавов системы TiC-Ni-Mo нитрида титана существенно повышается их жаростойкость. Азот, выделившийся в результате окисления сплавов, диффундирует в поверхностный слой образца и замедляет протекание реакции окисления на границе внутренний окисленный слой - сплав.

К недостаткам сплавов системы TiC-Ni-Mo-TiN относятся сложность получения сплавов с заданным содержанием азота в связи с интенсивным азотированием сплава при спекании, плохая обрабатываемость изделий из этих сплавов алмазным инструментом.

ПРИЛОЖЕНИЕ
Рекомендуемое

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БЕЗВОЛЬФРАМОВЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

Для обработки материалов резанием

Чистовое и получистовое точение при непрерывном резании углеродистых низколегированных конструкционных сталей, цветных металлов на основе меди, низколегированных сплавов никеля, серых чугунов и полиэтилена.

Чистовое и получистовое торцевое фрезерование деталей из чугуна.

Получистовое и получерновое точение при непрерывном резании углеродистых, низколегированных и конструкционных сталей, цветных металлов на основе меди, низколегированных сплавов никеля, в том числе, при неравномерном сечении среза, чистовое и получерновое фрезерование деталей из серого и ковкого чугуна, чистовое фрезерование углеродистых, низколегированных и конструкционных легированных сталей.

Для бесстружковой обработки металлов, изготовления быстроизнашивающихся деталей машин и механизмов, приборов, приспособлений, торцевых уплотнительных колец химических насосов

Для сопел распылителей, вытяжных матриц, клапанов буровых насосов, колец и втулок плунжеров, деталей измерительной аппаратуры, деталей для микросварки, роликов-клише, мерительного инструмента (концевые меры длины, калибры, скобы и др.), прессоснастки при изготовлении резиновых изделий

Безвольфрамовые твердые сплавы марки

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СПЛАВЫ ТВЕРДЫЕ СПЕЧЕННЫЕ БЕЗВОЛЬФРАМОВЫЕ

Tungsten free sintered hard alloys. Grades

Дата введения 1986-01-01

РАЗРАБОТАН Министерством цветной металлургии СССР

Канд. техн. наук;* Н.А.Кудря, А.А.Залужный, Е.И.Сапронов, Г.Г.Купранова, Е.Г.Степанов, В.И.Третьяков, М.П.Борисова

* Текст соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

ВНЕСЕН Министерством цветной металлургии СССР

Член Коллегии А.П.Снурников

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24 апреля 1985 г. N 1173

1. Настоящий стандарт распространяется на безвольфрамовые твердые сплавы, предназначенные для оснащения режущего инструмента, а также для изготовления износостойких деталей.

2. Марки, химический состав и основные физико-механические свойства сплавов должны соответствовать указанным в таблице.

Группа применения по ИСО 513-75

Содержание основных компонентов в смеси исходных порошков (без учета примесей), %, по массе

Карбо- нитрид титана

Плотность, х10 кг/м (г/см)

Предел прочности при изгибе, Н/мм,
не менее

Твердость HRA,
не менее

Примечания: 1. Содержание основных компонентов указано для приготовления смеси порошков.

2. В сплаве марки ТН20 содержится ниобий в количестве 0,05-0,1% и допускается содержание вольфрама в карбидной составляющей до 4,5%.

3. Для изготовления сплава марки ТН20 используется карбид титана состава TiC-TiC.

3. Области применения сплавов указаны в рекомендуемом приложении.

5. Предел прочности при поперечном изгибе определяют по ГОСТ 20019-74.

6. Твердость материалов по Роквеллу определяют по ГОСТ 20017-74.

Основные марки твердых сплавов, их состав и физико-механические свойства

Расскажем в деталях о твердых сплавах вышеперечисленных групп.

Однокарбидная группа

Таблица с марками вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов; их состав и основные физико-механические свойства.

Сплавы твердые спеченные безвольфрамовые. Марки

Стандарт распространяется на безвольфрамовые твердые сплавы, предназначенные для оснащения режущего инструмента, а также для изготовления износостойких деталей.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СПЛАВЫ ТВЕРДЫЕ
СПЕЧЕННЫЕ БЕЗВОЛЬФРАМОВЫЕ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

РАЗРАБОТАН Министерством цветной металлургии СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ

Канд. техн. наук; Н.А. Кудря, А.А. Залужный, Е.И. Сапронов, Г.Г. Купранова, Е.Г. Степанов, В.И. Третьяков, М.П. Борисова

ВНЕСЕН Министерством цветной металлургии СССР

Член Коллегии А.П. Снурников

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24 апреля 1985 г. № 1173

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Tungsten free sintered hard alloys. Grades

ГОСТ
26530-85

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24 апреля 1985 г. № 1173 срок введения установлен

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

1 . Настоящий стандарт распространяется на безвольфрамовые твердые сплавы, предназначенные для оснащения режущего инструмента, а также для изготовления износостойких деталей.

2 . Марки, химический состав и основные физико-механические свойства сплавов должны соответствовать указанным в таблице.

3 . Области применения сплавов указаны в рекомендуемом приложении.

Группа применения по ИСО 513-75

Содержание основных компонентов в смеси исходных порошков (без учета примесей), %, по массе

Физико-механические свойства сплавов

Предел прочности при изгибе, Н/мм 2 , не менее

Твердость HRA , не менее

Примечания : 1. Содержание основных компонентов указано для приготовления смеси порошков.

2 . В сплаве марки ТН20 содержится ниобий в количестве 0,05 - 0,1 % и допускается содержание вольфрама в карбидной составляющей до 4,5 %.

3 . Для изготовления сплава марки ТН20 используется карбид титана состава TiC _0,85 - TiC _0,94 .

4 . Отбор проб - по ГОСТ 20559-75 .

5 . Предел прочности при поперечном изгибе определяют по ГОСТ 20019-74 .

6 . Твердость материалов по Роквеллу определяют по ГОСТ 20017-74 .

Марки твердых сплавов

Среди вольфрамсодержащих твердых сплавов наиболее распространенными марками являются ВК - сплавы на основе карбида вольфрама с кобальтом в качестве металла-связки, ТК - сплавы на основе карбида вольфрама с кобальтом в качестве металла-связки и добавлением карбида титана, ТТК - то же, что и ТК плюс карбид тантала.

В общем случае марки вольфрамсодержащих твердых сплавов формируются следующим образом: буква В - карбид вольфрама (WC), Т - карбид титана (TiC), ТТ - карбиды титана и тантала (TaC), КНТ - карбонитрид титана, К - кобальт (Co), Н - никель (Ni); цифры после букв - содержание этих веществ в процентах, а для букв ТТ - сумму содержания карбидов титана и тантала; содержание карбида вольфрама не указывается, оно определяется по разности.

В безвольфрамовых сплавах в качестве связующего металла используют никель в смеси с 20- 25% молибдена.

Химический состав некоторых марок приведен в таблице.

Марка	Состав, %
Марка	WC	TiC	TaC	Co
ВК6	94	-	-	6
ВК8	92	-	-	8
ВК10	90	-	-	10
Т30К4	66	30	-	4
Т15К6	79	15	-	6
Т5К12	83	5	-	12
ТТ7К12	81	4	3	12
ТТ8К6	84	8	2	6
ТТ20К9	71	8	12	9
ТН20	-	80	-	(Ni+Mo) - 20
КНТ16	-	84 - Ti(C,N)	-	(Ni+Mo) - 20

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рекомендуемое

СПЛАВЫ ТВЕРДЫЕ СПЕЧЕННЫЕ БЕЗВОЛЬФРАМОВЫЕ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

нон, Е, Г, Chi, I И. Tperuxoi, М, П, Борисова

кого кип СССР по стандарш от 21 апреля 1№ г. № 1172

УДК 669.018.25—138.8:006.354 Группа В56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СПЛАВЫ ТВЕРДЫЕ СПЕЧЕННЫЕ БЕЗВОЛЬФРАМОВЫЕ

Tungsten free sintered hard allays. Grades

Продукция из твердых сплавов

Промышленность выпускает сырье для производства твердых сплавов в виде порошкообразных смесей. Широкое распространение получили смеси твердосплавные ВК6 и ВК8. В дальнейшем смеси формуются и спекаются, в результате чего получаются штабики или готовые изделия требуемой формы. Штабики служат исходным сырьем для производства полуфабрикатов, например, листов, пластин, прутков и других изделий.

телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БЕЗВОЛЬФРАМОВЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

Для обработки материалов резанием

Чистовое и получистовое торцевое фрезерование деталей из чугуна.

26530-85

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24 апреля 1985 г. № 1173 срок введения установлен

1. Настоящий стандарт распространяется на безвольфрамовые твердые с плавы, предназначенные для оснащения режущего инструмента, а также для изготовления износостойких деталей.

Настоящий стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 4658—84.

2. Марки, химический состав и основные физико-механичеокие свойства сплавов должны соответствовать указанным в таблице.

3. Области применения сплавов указаны в рекомендуемом приложении.

Издание официальное Перепечатка воспрещена

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

(6) Издательство стандартов, 1985

Содержание основных компонентов в смеси исходных порошков (без учета примесей), %, по массе

Физико механические свойства сплавов

применении по ИСО 513-75

Х10 3 кг/м 3 (г/см 3 )

при изгибе, Н/мм 2 , не менее

Примечания 1 Содержание основных компонентов указано для приготовления смеси горошков.

2 В сплаве марки ТН20 содержится ниобий в количестве 0,05—0,1% и допускается содержание вольфрама в карбидной составляющей до 4,5%

3 Для изготовления сплава марки ТН20 используется карбид титана состава TiCo.es—TiCo.94

Стр. 2 ГОСТ 26530-65

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БЕЗВОЛЬФРАМОВЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

Для обработки материалов резанием

Чистовое и получистовое торцевое фрезерование деталей

Безвольфрамовые твердые сплавы

Безвольфрамовые твердые сплавы (БВТС) или керметы – материалы, основу которых составляет не карбид вольфрама, а иное тугоплавкое соединение – как правило, карбид или карбонитрид титана, цементирующей фазой служат металлы – никель и/или кобальт, с упрочняющими добавками переходных металлов 4, 5, 6 групп (Мо, W, Cr, Nb и т.д.). Эти материалы сочетают в себе как керамические свойства (исключительные твёрдость и износостойкость, устойчивость к окислению, низкую адгезию к обрабатываемому материалу), так и металлические свойства (прочность, сопротивление удару). Важной отличительной особенностью БВТС или керметов является их микроструктура, а именно присутствие так называемой К-фазы, представляющей собой сложный карбид, образующий оболочечную структуру вокруг каждой частицы карбонитрида и обеспечивающий прочную связь этих твёрдых частиц с пластичной металлической связкой. Также следует отметить низкий удельный вес этих материалов в сравнении с вольфрамовыми твёрдыми сплавами.

Первый в мире кермет (TiC, Mo 2 C, Ni/Сo,Cr) был запатентован компанией «Plansee» (Германия) в 1931 году, однако в то время он не нашёл широкого применения из-за низких значений прочности. Только в 1959 г. фирма «Ford» (США) сообщила о возможном применении керметов для режущего инструмента на некоторых операциях, что послужило новым толчком для проведения исследований в данной области. Серийный выпуск керметов в США начался в 1966 году. В СССР первый отечественный БВТС появился в 60-х годах XX столетия - разработка ВНИИТС, сплав получил обозначение "ТМ". В Советском Союзе наибольшее распространение получили БВТС марок ТН20 (на основе TiC) и КНТ16 (на основе TiCN), главным недостатком которых была недостаточная прочность и нестабильность свойств.

«ВИРИАЛ» взяв за основу эти марки, до сих пор пользующиеся спросом в России, усовершенствовал их, а также технологию их изготовления с использованием самого современного оборудования, например вакуум-компрессионных печей «Tepla» (Германия), и наладил производство БВТС для двух основных областей применения: трибологии и металлообработки. Каждая область применения требует от материалов своих особенностей, поэтому технологии производства двух видов керметов схожих составов, но различного применения разработаны с учётом этих особенностей. Кроме этого «ВИРИАЛ» ведёт разработки керметов собственных составов с потребительскими свойствами, не уступающими лучшим мировым аналогам.

Области применения

В «ВИРИАЛ» разработана технология производства высококачественных трибологических керметов марок КНТ16Трибо и КНТ20Трибо, отличающихся содержанием металлической связки и, как следствие, твёрдостью/износостойкостью и прочностью. Они предназначены, прежде всего, для радиальных подшипников трения в насосах по перекачки разнообразных жидкостей как при низких температурах, так и при температурах близких к кипению: морской воды, пластовой жидкости при добыче нефти и газа, загрязнённой воды абразивными частицами, различных солевых растворов, например растаявший уличный снег и т.д., при условии относительно невысоких рабочих нагрузок.

Отличительные особенности трибологических керметов компании «ВИРИАЛ»:

1. Высокая прочность, обеспечиваемая регулировкой микроструктуры (составом и объёмом К-фазы), а также применением вакуум-компрессионного спекания, которое практически устраняет остаточную пористость в материале. Высокая прочность керметов значительно снижает вероятность растрескивания пар трения в процессах сборки и эксплуатации.
2. Низкий и стабильный коэффициент трения, обеспечиваемым микронным размером зерна твёрдой фазы и специальной подготовкой рабочих поверхностей изделий, снижает энергозатраты оборудования.
3. Как негативный фактор можно указать на меньшие предельные нагрузки, которые выдерживают пары трения из керметов в процессе работы (в сравнении с вольфрамовыми твёрдыми сплавами), связанные, прежде всего с меньшим модулем упругости и более низкой теплопроводностью.

Трибологические керметы компании «ВИРИАЛ» - реальная альтернатива парам трения из вольфрамовых твёрдых сплавов там, где не требуются высокие рабочие нагрузки.

Свойства трибологических керметов в сравнении с стандартным вольфрамовым твёрдым сплавом ВК8

Свойства

Основные свойства твёрдых сплавов: твердость; жаростойкость; прочность; износостойкость;

Однако, стоит понимать, что данные характеристики зависят от соотношения элементов, из которых изготовлен сплав. Так, например, материалы, в названии которых используется сочетание букв «BK» напрямую зависимы от размера от карбида вольфрама. При уменьшении зерна карбида, сплав становится более твёрдым. При этом, велика вероятность уменьшения его прочности. При увеличении зерна происходит обратный процесс – прочность увеличивается, но сплав получается менее твёрдый. Поэтому при закупке данного материала важно понимать значение маркировок, так они напрямую говорят о его свойствах.

Титаносодержащие сплавы более твердые и жаростойкие. Температура их плавления выходит за пределы 1200°C. Кроме того, они меньше подвержены окислению. Из недостатков можно отметить худшую теплопроводность, по сравнению с материалами группы «BK», а также слабую прочность при изгибаниях.Однако эта проблема решается добавлением в состав карбида тантала – сплавы, маркированные как «TTK» гораздо более прочны при работе.

Активному использованию в различных производствах способствует также и тот факт, что твердые металлы, как ни странно, весьма пластичны. Поэтому работать с ними можно как при высоких, так и при низких температурах. Однако, резать, гнуть и проводить прочую механическую работу следует с большой осторожностью в связи с большой ломкостью и слабой прочностью при изгибах. При обработке материала необходимо знать его плотность, так как от этого зависит его прочность. Так, например плотность вольфрамовых сплавов варьируется от 14 до 15 г/см³; титаносодержащих – от 9 до 13,5 г/см³; материала с примесью тантала – от 12 до 13,6г/см³.

От всех перечисленных свойств зависит, где и каким образом могут применяться твердые сплавы.

Примеры маркировки твердых сплавов

По принципу маркировки твердые сплавы делят согласно химическому составу:

ВК - в составе карбид вольфрама и кобальт. Цифра означает содержание кобальта в процентах. Например это сплав ВК8, ВК10, ВК6
ТК. Титаносодержащие сплавы, содержащие карбид титана, карбид вольфрама, кобальт. Обозначение буквами ТК. Цифра после буквы Т означает содержание карбида титана в процентах, а после буквы К - процент содержания кобальта. Это сплавы Т5К10, Т14К8, Т15К6, ТЗ0К4
ТТК. Титано-тантало-вольфрамовые. Сплав включает в себя сразу три металла: титан, вольфрам и тантал и кобальт. Маркируется буквами ТТК. Цифра после ТТ, например «7» указывает на содержание карбидов титана и тантала, цифра после "К" , например «12» - процент кобальта. Марки ТТ7К12, ТТ20К9;
ТН. Безвольфрамовые. ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30.

Классификация

Как и любые металлические материалы, твердые сплавы имеют собственную классификацию, которая помогает подобрать наиболее подходящий материал для своих целей.

В зависимости от способа получения, сплавы бывают:

Как видно из названия, литые сплавы изготавливают технологией литья. Среди них: стеллиты (которые состоят из хрома, вольфрама, углерода и никеля; как связка используется кобальт), сормайты (состоящие из хрома, углерода и никеля на железной основе), а также твердые сплавы, в которых в качестве основы использован никель. Чаще всего, в процессе литья применяется технология пресса, которая позволяет получить изделия высокого качества, требующие минимальной обработки перед использованием (однако, чаще всего необходимо проведение термической постобработки).

Спеченные сплавы (или металлокерамические), в свою очередь, производятся по технологии порошковой металлургии. Она представляет собой высокоточное производство, благодаря чему, получаемый на выходе материал имеет максимально высокую степень качества и не требует дополнительной обработки. Максимум, что может потребоваться – небольшая шлифовка полученного изделия. Металлокерамическими данные сплавы называют, потому что способ их производства схож с производством керамических изделий.

По химическому составу различают:

ВК – однокарбидные, вольфрамо-кобальтовые;
ТК – двухкарбидные, титано-вольфрамо-кобальтовые;
ТТК – трехкарбидные, титано-тантало-вольфрамо-кобальтовые;
ТН - безвольфрамовые.

Вольфрамо-кобальтовые

Сплавы на основе карбида вольфрама – наиболее распространённые представители данной группы. К ним относятся BK6 и BK8, упомянутые выше. Сплавы можно разделить ещё на две группы, в зависимости от их состава: содержащие в своём составе вольфрам – как уже говорилось ранее, такие сплавы состоят из карбида вольфрама и ещё минимум одного металла, играющего роль связки (чаще всего таковым является кобальт).

В основном сплавы группы ВК используют для изготовления режущего инструмента. Это резцы, пластины.

Состав и характеристики сплавов ВК

Характеристика физико-механических свойств

Предел прочностипри изгибе

* Буква М означает, что сплав является мелкозернистым, ОМ - особо мелкозернистый.

Из таких материалов получаются высококачественные инструменты, которые используются в промышленности, различных производствах и в быту, изготовление деталей различных конструкций. Это могут быть детали для автомобилей, механических предметов, приборов и любых механизмов. изготовление деталей, требующих высокой жаростойкости.

Титановольфрамовокобальтовые

Группа сплавов ТК производится для иструментов, выполняющих резание сталей, дающих сливную стружку. В основе состава карбид титана и карбид вольфрама. В связке идёт кобальт. Титан дает снижение адгезии со сталью, благодаря этому сплавы группы ТК более износостойкие при обработки сталей. При увеличении карбидов титана повышается твердость и износостойкость, но прочностьснижается.

Характеристика физико-механических свойств

Предел прочности при

Титанотанталовольфрамокобальтовые твердые сплавы

По ГОСТ 3882-74 имеется 5 марок. Титан в составе улучшает свойства и эксплуатационные показатели, выражающиеся в повышении прочности при обычной и повышенной температуре. Благодаря карбиду тантала в составе улучшается износостойкость при резании

Характеристика физико-механических свойств

Безвольфрамовые сплавы

Такие сплавы в СССР появились в 1970 гг. ввиду дефицита вольфрама. По ГОСТ 26530-85 существует две марки безвольфрамовых сплавов на основе карбидов, карбонитридов титана с никель-молибденовой связкой.

Содержание основных компонентов

Эти марки обладают меньшей прочностью и теплостойкости они не могут заменить традиционные вольфрамовые. Сплав КНТ16 хорошо подходит для прерывистого резания. А марка ТН20 может эффективно заменить Т30К4 и Т15К6. Им можно проводить чистовую и получистовую обработку незакаленной стали.

Так или иначе, благодаря своим свойствам сплавы массово применяются во многих производствах.

По классификации ИСО, твердые сплавы делят по областям применения при обработке резанием:

Р — для стальных отливок, дающих сливную стружку;
М — труднообрабатываемые стали, сплавы;
К — обработка чугуна;
N — обработка алюминия и других цветных металлов и их сплавов;
S — для обработки жаропрочных сплавов и сплавов на основе титана;
H — для закаленной стали.

Сплавы группы Р маркируются синим цветом, М — желтым и К — красным цветом

Вольфрамсодержащие твердые сплавы

Вольфрамовые твердые сплавы - двухфазные спеченные металлокерамические материалы на основе карбида вольфрама на Co и Ni связках, получаемые методами порошковой металлургии. При этом содержание металло-связки меняется в достаточно узких пределах от 3 до 15%.
Такие твердые сплавы характеризуются высокими значениями физико-механических показателей, таких как теплопроводность, твердость, модуль упругости, ударная прочность, устойчивость к вибрации и т.д.
Твердые сплавы существенно более прочны и менее хрупки, нежели традиционные конструкционные керамики или керметы, что обуславливает возможность их работы с значительно большими нагрузками, а также обеспечивает их лучшую технологичность и эксплуатационную устойчивость. Уступают твердые сплавы конструкционным керамикам, в частности, карбидокремниевым керамикам, по износостойкости, что обусловлено меньшей твердостью; а также по химической стойкости.

Твердые сплавы, выпускаемые ООО«Вириал», ВК8 и СВН8, соответствуют требованиям технических условий ТУ 1965-018–2304285-2009 и ТУ 1967-019–2304285-2009.

Различие этих твердых сплавов между собой проявляется, прежде всего, в коррозионной стойкости, сплавы с никелем более корозионностойкие.

Области применения

Изделия из вольфрамовых твердых сплавов находят применение в качестве пар трения подшипников скольжения и торцовых уплотнений, деталей запорной арматуры, штампов, пресс-форм и др.

Отличительные особенности трибологических вольфрамовых твёрдых сплавов компании «ВИРИАЛ»:

1. Высокая прочность и износостойкость, обеспечиваемая строгим соблюдением углеродного баланса сплавов, а также применением вакуум-компрессионного спекания, которое практически устраняет остаточную пористость в материале. Высокая прочность сплавов значительно снижает вероятность растрескивания изделий в процессе эксплуатации.
2. Низкий и стабильный коэффициент трения, обеспечиваемый микронным размером зерна карбида вольфрама, снижает энергозатраты оборудования.
3. Высокая коррозионная стойкость сплавов, способных работать в агрессивных жидкостях, например в пластовых жидкостях при добыче нефти и газа при температурах близких к кипению.

Свойства вольфрамовых твёрдых сплавов «Вириал» в сравнении со стандартным твёрдым сплавом ВК8

Достоинства / недостатки

Достоинства

обладают высокой твердостью и износостойкостью;
имеет достаточно высокие прочностные характеристики;
имеют хорошие показатели жаропрочности и жаростойкости;
являются тугоплавкими материалами.

Недостатки

карбид вольфрама, являющийся основой большинства твердых сплавов, имеет высокую стоимость;
по сравнению с быстрорежущими сталями имеют меньшую вязкость и достаточно чувствительны к ударным нагрузкам.

Марки твердых сплавов: классификация материалов

Твердые сплавы классифицируют по двум основным критериям.

Способ получения

По способу получения твердые сплавы делят на два вида.

Литые. Их изготавливают по технологии литья. К сплавам этой группы относятся стеллиты, сормайты, а также твердые сплавы с большим содержанием никеля. Обычно при производстве применяют прессование и термическую постобработку (закалка, старение, отжиг и пр.). В результате получаются высококачественные материалы. Литые твердые сплавы предназначены для наплавки на инструменты для металлообработки.

Спеченные. Такие твердые сплавы еще называют металлокерамическими из-за того, что технологии изготовления очень похожи. Материалы производят по технологии порошковой металлургии. Ее дополняют лазерная/ультразвуковая обработка или травление в кислотах. На выходе материалы получаются максимально качественными.

Спеченные твердые сплавы закрепляют на инструментах механическим методом или по технологии пайки.

Химический состав

По химическому составу твердые сплавы делят на 4 группы.

Однокарбидные (вольфрамо-кобальтовые). Маркировка — ВК.

Двухкарбидные (титано-вольфрамо-кобальтовые). Маркировка — ТК.

Трехкарбидные (титано-тантало-вольфрамо-кобальтовые). Маркировка — ТТК.

Безвольфрамовые. Маркировка — ТН.

Твердые сплавы

Металлы, отличающиеся повышенной твёрдостью и износостойкостью - это твердые сплавы. Изготавливаются, как правило, из карбидов металлов (титана, хрома, вольфрама и прочих), что делает их особенно стойкими к высоким температурам и механическим воздействиям. Такие сплавы невероятно прочные, а потому, пригодные для различных производств.

Текст ГОСТ 26530-85 Сплавы твердые спеченные безвольфрамовые. Марки

Преимущества и недостатки твердых сплавов

К преимуществам твердых сплавов относят:

очень высокие твердость и износостойкость;

высокие жаростойкость и жаропрочность.

Есть лишь 2 недостатка.

Карбиды металлов, которые идут на производство твердых сплавов, стоят дорого.

Материалы отличаются чувствительностью к ударным нагрузкам и имеют небольшую (по сравнению с быстрорежущими сталями) вязкость.

Характеристика

Помимо прочности и износостойкости к полезным свойствам данных материалов можно отнести тугоплавкость. При нагреве до 900 - 1150°C твердый сплав сохраняет все свои качества.

Существует специальная маркировка, которая указывает свойства и характеристики сплава. В основе принципа маркирования – буквы, указывающие на наличие того или иного металла и цифры, показывающие его количество в %. Необходимо точно понимать их значение, так как от данных показателей зависит пригодность материала для проведения необходимых работ.

Свойства твердых сплавов

Основным практически полезными свойствами сплавов данной категории являются высокая твердость, износостойкость и прочность. В некоторых случаях важную роль играет жаропрочность и жаростойкость, а также тугоплавкость.

Свойства сплавов изменяются в зависимости от группы, к которой относится тот или иной твердый сплав. Для сплавов ВК большую роль играет размер зерна карбида вольфрама. С уменьшением размера зерна возрастает твердость, но уменьшается прочность при изгибе и вязкость сплава (при одинаковом процентном соотношении карбида вольфрама и кобальта) и наоборот соответственно. Сплавы группы ТК, легированные карбидом титана, обладают лучшей стойкостью против окисления, более высокой твердостью и жаропрочностью по сравнению с группой ВК. Однако, имеют более низкую вязкость, прочность при изгибе, а также тепло- и электропроводность. Одновременное добавление карбидов тантала и титана (группа ТТК) увеличивает прочность сплавов при изгибе по сравнению с группой ТК.

Технологические свойства сплава, а именно, его высокая пластичность позволяют без проблем обрабатывать монель давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Также обладает хорошей свариваемостью. А вот механическую обработку необходимо осуществлять с низкой скоростью резания и подачей вследствие быстрого нагартовывания материала.

Марки твердых сплавов

Твердые сплавы различных марок — группа износостойких металлических материалов, сохраняющих свои свойства при температуре от 900 до 1150 °C. Основные компоненты таких сплавов — карбиды вольфрама, тантала и титана.

Эти карбиды отличаются хрупкостью. Поэтому для формирования твердых сплавов используют связующие металлы. Это кобальт, никель и молибден.

Фотография №1: твердосплавные заготовки

ГОСТ 26530-85 Сплавы твердые спеченные безвольфрамовые. Марки

Читайте также: