Металлокерамическими твердыми сплавами называются сплавы, состоящие из карбидов вольфрама и титана, сцементованных металлической связкой. Сильно измельченные частицы карбидов связываются между собой кобальтом.
Карбиды вольфрама и особенно титана обладают высокой твердостью, но хрупки. Поэтому металлокерамические сплавы, содержащие 70–98% карбидов, также имеют высокую твердость (HRC 86–92) и износостойкость, но хрупки, плохо сопротивляются изгибу и растяжению. При работе, связанной с ударами и толчками, сплав легко выкрашивается.
Твердые сплавы сохраняют высокую твердость и сопротивление износу до температуры 800–1000°С. При работе инструментами из твердых сплавов можно допустить разогрев режущей кромки до более высоких температур, чем у инструмента из быстрорежущей стали, т.е. инструмент из твердых сплавов может работать при более высоких скоростях резания. Скорость резания этими сплавами в 5–10 раз превышает допустимую скорость резания быстрорежущими сталями. Промышленность выпускает твердые сплавы трех групп (ГОСТ 3882).
Группа ВК – вольфрамокобальтовые, на основе карбида вольфрама WC (система WC–Со). Цифры после букв указывают содержание в сплаве кобальта. По своему структурному составу сплавы представляют собой частицы карбида вольфрама WC, связанные кобальтом. Эти сплавы наиболее прочные: sв = 100–200 кГ/мм2.
Наибольшей твердостью (HRA 90 – 89) и износостойкостью, но пониженными прочностью (sв = 100–110 кГ/мм2) и сопротивлением удару (0,2 кГ×м/см2 для ненадрезанных образцов) обладают сплавы ВК2 и ВК3. Они используются для чистового и получистового фрезерования сплошных поверхностей, для чистового зенкерования и т.д., при обработке чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. Сплавы ВК6 и ВК8, содержащие повышенное количество кобальта, имеют по сравнению со сплавами ВК2 и ВКЗ пониженную твердость (HRA 88–87,5) и износостойкость, но обладают высокой эксплуатационной прочностью и сопротивляемостью ударам (0,5 кГ×м/см2), вибрациям и выкрашиванию (особенно ВК8). Эти сплавы применяют для чернового точения, строгания, фрезерования и сверления чугуна, цветных металлов и их сплавов, а также неметаллических материалов. Сплавы с высоким содержанием кобальта ВК20, ВК30 применяют для штампов и инструментов для горных работ.
Вторая группа сплавов ТК – титановольфрамокобальтовые (система WC – TiC – Со) Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т10К6. Цифры после буквы Т указывают весовое количество карбида TiC, цифры после буквы К – весовое содержание кобальта (остальное WC).
Структура этих сплавов состоит из карбидов вольфрама WC и титана TiC, связанных кобальтом, а при высоком содержании TiC (T30K4) – из карбида титана и кобальта, так как вольфрам и углерод растворяются в карбиде титана. Сплавы ТК менее прочны, чем сплавы ВК, но обладают большей износостойкостью. Чем больше сплав содержит TiC, тем выше износостойкость, но ниже прочность. Так, например, у сплава Т30К4 прочность s в = 90 кГ/мм2, а у сплава Т5К10 прочность s в = 130 кГ/мм2. Титановольфрамовые сплавы применяют главным образом при обработке сталей.
Кроме того, в обозначении сплава может стоять буква В-крупнозернистый сплав (размер зерен карбидов 3–5 мкм) и М – мелкозернистый (размер зерен 0,1–0,16 мкм).
Наибольшей эксплуатационной прочностью, сопротивляемостью ударным нагрузкам и выкрашиванию, но пониженной износостойкостью обладают сплавы Т5К10 и Т14К8. Напротив, сплавы Т60К6 и Т30К4 обладают высокой износостойкостью, но пониженной эксплуатационной прочностью и сопротивляемостью ударам и выкрашиванию. Твердость этой группы сплавов от HRA 88,5 (Т5К10) до HRA 92 (Т30К4). Для чистовой и получистовой обработки сталей используют сплавы Т30К4, Т15К6, для получистовой и черновой обработки – Т14К8 и Т5К10, а для черновой обработки и обдирки стальных слитков и поковок – Т5К12В.
Третья группа сплавов ТТК – титанотанталовольфрамокобальтовые (система WC – TiC – ТаС – Со), например сплав ТТК12. Цифра после букв ТТ показывает суммарное содержание TiC + ТаС, а после буквы К – количество кобальта. Сплав ТТ7К12 используется для тяжелой черновой обработки стальных поковок. Эти сплавы имеют более высокую прочность (sв = 155 кГ/мм2), чем сплавы ТК. Твердые сплавы изготовляют в виде пластин, прикрепленных к державке, изготовленной из обычной стали, или инструментов простой формы.
Металлокерамические твердые сплавы получают не сплавлением, а спеканием. Для этой цели сначала приготовляют порошки WC и TiC, которые смешивают в определенной пропорции с порошком кобальта. Смесь порошков прессуют под давлением 500–2000 кГ/мм2 в формах, соответствующих размерам и форме пластинок (заготовки инструмента). Затем пластинки подвергают спеканию при высокой температуре (1400–1450°С).
Литература
1. «Основы материаловедения». И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов, В.И. Макарова и др. Под ред. И.И. Сидорина. – М.: Машиностроение. – 1976, 436 с.
2. «Материаловедение». Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – М.: Машиностроение. – 1972, 510 с.
3. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986.