Твердые спеченные сплавы: классификация, свойства и применение в инструментальном производстве

Твердые спеченные сплавы, регламентированные ГОСТ 3882-74, представляют собой композиционные материалы, получаемые методом порошковой металлургии. Их основу составляет карбид вольфрама с массовой долей от 66 до 97%, связанный металлическим кобальтом (3-25%). Для модификации свойств в состав могут вводиться легирующие добавки: карбид титана (3-30%) и карбид тантала (2-12%). Эти материалы характеризуются уникальным комплексом физико-механических свойств: пределом прочности при изгибе σ_изг = 1176-2156 МПа, плотностью γ = 9,6-15,3 г/см³ и твердостью в диапазоне 79-92 HRA.

В зависимости от массовой доли компонентов, твердые сплавы классифицируются на три основные группы: вольфрамовые, титановольфрамовые и титанотанталовольфрамовые. По области применения их подразделяют на сплавы для обработки материалов резанием, оснащения горного инструмента, бесстружковой обработки металлов, а также для деталей машин и наплавки. Современная международная система классификации делит твердые сплавы для резания на шесть групп, обозначаемых буквами P, M, K, N, S и H, в соответствии с обрабатываемым материалом и характером стружкообразования.

Группы резания дополнительно подразделяются на категории применения, обозначаемые числовым индексом. Важно отметить, что чем выше числовой индекс в обозначении группы применения, тем ниже износостойкость твердого сплава и допустимые параметры резания (скорость, подача, глубина). Крупные мировые производители ствараются создавать универсальные сплавы, сочетающие преимущества специализированных марок. В России традиционно сохраняется специализация марок для узких областей применения, а основными производителями являются ОАО «Кировоградский завод твердых сплавов» (КЗТС), ФГУП «ВНИИТС» и ОАО «Сандвик—МКТС».

Для стандартизации режущего инструмента ГОСТ 19042-80 устанавливает классификацию и систему обозначений сменных многогранных пластин. Классификационные признаки включают форму пластины, наличие заднего угла, класс допуска, наличие отверстия и стружколомающих канавок. Дополнительные ГОСТы регламентируют технические требования к напаиваемым твердосплавным пластинам для различного металлообрабатывающего инструмента, обеспечивая единство измерений и взаимозаменяемость инструментальной оснастки в промышленности.

Марки сплавов и их специализация. Сплав ВК3 предназначен для чистового точения с малым сечением среза, окончательного нарезания резьбы и развертывания отверстий. Он эффективно обрабатывает серый чугун, цветные металлы и их сплавы, а также неметаллические материалы, включая резину, фибру, пластмассы и стекло. Модификация ВК3-М разработана для чистовой обработки твердых легированных и отбеленных чугунов, цементированных и закаленных сталей, а также высокоабразивных неметаллических материалов, обеспечивая повышенную стойкость инструмента.

Для чистовой и получистовой обработки труднообрабатываемых материалов предназначен сплав ВК6-ОМ. Его применяют для работы с закаленными сталями, коррозионно-стойкими высокопрочными и жаропрочными сплавами, особенно на основе титана, вольфрама и молибдена. Сплав ВК6-М оптимален для получистовой обработки жаропрочных сталей и сплавов, коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, а также абразивных неметаллических материалов, включая пластмассы, бумагу и стекло.

Сплав ТТ8К6 демонстрирует высокую эффективность при чистовой и получистовой обработке серого, ковкого и отбеленного чугуна. Он также подходит для непрерывного точения с небольшими сечениями среза стального литья, высокопрочных, коррозионно-стойких и закаленных сталей, а также некоторых марок титановых сплавов. Универсальный сплав ВК6 используется для чернового и получернового точения, предварительного нарезания резьбы токарными резцами и получистового фрезерования сплошных поверхностей различных материалов.

Для тяжелых условий обработки предназначен сплав ВК8, который применяется при черновом точении с неравномерным сечением среза и прерывистом резании. Он эффективен для строгания, чернового фрезерования, сверления и обработки труднообрабатываемых материалов, включая коррозионно-стойкие, высокопрочные и жаропрочные стали и сплавы титана. Специализированный сплав ВКЮ-ХОМ оптимален для сверления, зенкерования, развертывания и фрезерования стали, чугуна и неметаллов цельнотвердосплавным мелкоразмерным инструментом.

Сплавы для специфических задач. Сплав ВК15 специализирован для изготовления режущего инструмента, используемого в деревообрабатывающей промышленности. Для чистового точения с очень малым сечением среза, аналогичного алмазной обработке, применяется сплав Т30К4, который также эффективен при нарезании резьбы и развертывании отверстий в закаленных и незакаленных углеродистых сталях. Универсальный сплав Т15К6 предназначен для получернового точения при непрерывном резании и чистового точения при прерывистом резании, а также для получистового и чистового фрезерования сплошных поверхностей углеродистых и легированных сталей.

Для чернового точения при неравномерном сечении среза и непрерывном резании оптимален сплав Т14К8. Он также эффективен для получистового и чистового точения при прерывистом резании и чернового фрезерования сплошных поверхностей. Сплав Т5К10 специально разработан для чернового точения при неравномерном сечении среза и прерывистом резании, фасонного точения, отрезки токарными резцами и чистового строгания углеродистых и легированных сталей.

Для наиболее тяжелых условий обработки предназначен сплав ТТ7К12, который выдерживает ударные нагрузки при черновом точении стальных поковок, штамповок и отливок по корке с раковинами. Сплав ТТ10К8-Б эффективен для черновой и получистовой обработки труднообрабатываемых материалов, коррозионно-стойких сталей аустенитного класса и жаропрочных сплавов. Специальный сплав ТТ20К9 отличается высокой стойкостью к тепловым и механическим циклическим нагрузкам, что делает его идеальным для фрезерования глубоких пазов. Сплав Т8К7 специализирован для фрезерования труднообрабатываемых чугунов, завершая линейку современных инструментальных материалов.