СОДЕРЖАНИЕ 1. Тонкодисперсные и градиентные твердые сплавы 2. Технология изготовления твердосплавных сменных многогранных. пластин 3. Нанесение износостойких покрытий 4


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

1


ПРОИЗВОДСТВО СМЕННЫХ МНОГОГРАННЫХ ПЛАСТИН ДЛЯ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ


СОДЕРЖАНИЕ

1.

Тонкодисперсные и градиентные твердые сплавы

2.

Технология изготовления твердосплавных сменных многогранных
пластин

3.

Нанесение износостойких покрытий

4.

Контроль качества износостойких покрытий

5.

Регенерация отходов твердых сплавов


Одним из современных направлений совершенствования
металлорежущих инструментов я
вляется оснащение их твердосплавными
сменными многогранными пластинами (СМП). Это объясняется следующими
преимуществами таких инструментов по сравнению с напайными
инструментами: а)

увеличен
ные

режим
ы

резания (производительность) и
стойкость; б)

быстрая, ч
асто без поднастройки, замена изношенных режущих
кромок и пластин; в)

экономия дефицитных и дорогостоящих материалов (
W
,
Ti
,
Ta
,
Co
); г)

многократное использование державок и корпусов режущих
инструментов; д)

использование одного и того же инструмента для
обработки
различных материалов; е)

возможность нанесения износостойких покрытий

и
др
.

Режущие инструменты, оснащенные СМП, выпускаются с середины 50
-
х
г.г прошлого столетия и все это время постоянно идет процесс
совершенствования их качества, который в нас
тоящее время решается, главным
образом, путем разработки новых марок твердых сплавов, а также
совершенствования технологий изготовления пластин и нанесения
износостойких покрытий.




2

ТОНКОДИСПЕРСНЫЕ И ГРАДИЕНТНЫЕ ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ


Приведены общие сведения о тонкодисперсных и градиентных твердых
сплавах. Описаны способы их получения и области применения.

Использование в качестве материала
сменных

многогранных пластин
(
СМП
)

твердых сплавов объясняется их высокими твердостью и
износостойкостью. Однако твердые сплавы подвержены хрупкому разрушению
и имеют соответственно
относительно
низкую прочность. Поэтому создание
твердых сплавов, не имеющих

указа
нных недостатков, является весьма
перспективным направлением, которое в последнее время решается, главным
образом, путем получения тонкодисперсных и градиентных твердых сплавов
[1

7

и др.
]
.

Тонкодисперсные твердые сплавы

в зависимости от размера зерна
карб
идной фазы делятся на субмикронные (
0,5…1,2 мкм);
ультрадисперсные (
0,2…0,5 мкм); нанофазные (
0,2 мкм).

Интерес к тонкодисперсным твердым сплавам (табл. 1) объясняется тем,
что с

уменьшением размера зерна
WC

происходит существенное изменение их
свойств: твердость и прочность увеличиваются, а вязкость разрушения
*

уменьшается (рис. 1, 2).


1.

Состав и механические характеристики некоторых марок

однокарбидных
тонкодисперсных
твѐрдых

сплавов


Марка

Co, %
(мас.)

HRA



,
Н/мм
2



, мкм

Плотность,
г/см
3

Изготовитель

А04

9

92

3900

0,7…0,8

14,4

Кировградский
завод твѐрдых
А04
-
6

6

93

3800

0,7…0,8

14,8




*

Вязкость разрушения характеризует трещиностойкость твердого сплава и определяется
величиной
K
1
c



критическим значением коэффициента интенсивности напряжений, который
служит количественной оценкой сопротивления материала хрупкому разрушению от
исходных деф
ектов при статическом нагружении.


3

ВК6
-
М

6

90,0

1421

До 1

(
50

%)

14,8…15,1

сплавов

(Россия)

ВК6
-
ОМ

6

90,5

1274

До 1

(
60

%)

14,7…15,0

XF
1

9

93
,
5


4000

0
,
2

--

Sumitomo

(Япония)

AF
1

12

92.5

4400

0,5

--

H
10
F

10

92,1

4300

0,8

14,5

Sandvik Coromant

(Швеция)

DM
80

8,5

93,3

5000

0,5

14,6

K
40
UF

10

92,3


4000

0,6

14,5

Konrad Friedrichs

(Германия)

K
44
UF

12

92,5

4000

0,5

14,1



а)







б)


в
)







г
)

Рис. 1. Влияние размера зерна карбида вольфрама

и содержания Со в
однокарбидных твердых сплавах на:
а



твердость
;
б



коэффициент
интенсивности напряжений
K
1
c
;
в



предел прочности при изгибе
;
г



предел
прочности при сжатии

(
1



0,2…0,5 мкм;
2



0,5…0,8

мкм;

3



0,8…1,3 мкм;
4



1,3…2,5

мкм)

(
Bohlke

W
.,
Beschliesser

M
.)


Д
ля достижения высоких значений твердости и предела прочности при
изгибе
твердых сплавов
необходимо, чтобы размеры дефектов
(крупные зерна

4

WC
, поры, включения, отложения)
не превышали 6…12 мкм. Поэтому
современные субмикронные и ультрадисперсные твердые спл
авы имеют
наибольший размер микропор 10 мкм

и

обладают очень высокими твердостью
(до 2800
HV
30), пределом прочности при изгибе (до 6000 МПа),
износостойкостью при трении и абразивном износе, а их высокодисперсная и
однородная микроструктура гарантирует мал
ый радиус округления режущих
кромок (
3…5 мкм) и, благодаря этому, низкую шероховатость обработанных
поверхностей.


Рис. 2. Соотношения между твердостью
, коэффициентом интенсивности
напряжений
K
1
c

и пределом прочности при изгибе

у однокарбидных твердых
сплавов:
1



0,2…0,8 мкм;
2



1,3…2,5

мкм

(
Gille

G
.,
Szesny

B
.,
Dreyer

K
.
и

др
.)


В то же время повышенная твердость
твердых сплавов
сочетается с
низкой вязкостью. Такие сплавы
относительно слабо сопротивляются
диффузионному износу и ползучести, хотя их твердость при температурах
менее 800…900


С выше твердости обычных мелкозернистых твердых сплавов
(рис. 3,
а
). Благодаря последнему качеству обеспечивается высокая стойкость
режущ
их инструментов при обработке сталей и чугунов.



5



а)





б)

Рис. 3. Влияние размера зерна карбида вольфрама

и температуры

на горячую
твердость

и коэффициент теплопроводности

однокарбидных твердых
сплавов:
1



0,2…0,5 мкм;
2



0,5…0,8

мкм;
3



0,8…1,3

мкм

(
Gille

G
.,
Szesny

B
.,
Dreyer

K
.
и

др
.)


С уменьшением размера

зерна
WC

уменьшается теплопроводность
твердых сплавов, характеризуемая коэффициентом теплопроводности

(рис.

3,
б
). В результате тепловая нагрузка на инструмент также уменьшается,
так как большая часть теплоты, образовавшейся при резании, переходит в
стружку. При

этом меньшая теплопроводность вызывает и меньшее
сопротивление тепловому удару. Однако уменьшение теплопроводности в этом
случае компенсируется увеличением предела прочности при изгибе и поэтому
не сказывается отрицательно на сопротивлении инструмента теп
ловому удару.

При общей тенденции к снижению вязкости с увеличением твердости
некоторые твердые сплавы имеют лучшее сочетание твердость/вязкость. Это
объясняется различиями в их составах и структурах. По этому показателю при
твердости 1900…2300

большую вязкость имеют ультрадисперсные
твердые сплавы. При твердости

1900

субмикронные сплавы имеют еще
большую вязкость.


6

Создание тонкодисперсных твердых сплавов потребовало разработки
специальных технологий получения порошков
WC
,
CrC
,
TaC

и их комп
озиций
с
Co
, технологии
компактирования
таких сплавов, исследования их свойств
[1

5]
.

В настоящее время применяют четыре технологии получения
тонкодисперсных порошков
WC

[1
, 2
]
:

1)

прямая карбидизация в вертикальном
реакторе

с ламинарным потоком;

2)

прямая карби
дизация во вращающихся печах смеси вольфрамового
ангидрида и сажи;

3)

карбидизация металлического порошка вольфрама;

4)

легирование редкоземельными элементами.

Тонкодисперсные порошки кобальта получают в автоклавах при давлении
водорода 3,5 МПа

[2
, 4
]
.

Градиентн
ые твердые сплавы

имеют высокую твердость, большие
ударную вязкость и теплостойкость, а благодаря лучшей адаптации к условиям
работы режущего инструмента


в 1,5…2,0 раза большую износостойкость.
Они состоят из зерен карбидов переходных металлов (
W, Ti

и др.), образующих
прочный каркас, и металлической связки (
Co
,
Ni
,
Ti

и др.), содержание которой
непрерывно изменяется в объеме материала.

Структуру градиентных твердых сплавов получают
[
6
]
:

а)

послойным прессованием твердосплавных порошков с различными

содержанием металлической связки и размером зерна карбидной фазы. В
результате последующего жидкофазного спекания происходит массоперенос
металлической связки из слоя с большим размером зерна в слой с меньшим
размером зерна, приводящий к градиенту содержа
ния связки в сплаве;

б)

формированием изделия из твердосплавной смеси
WC
-
Co

с
пониженным содержанием углерода. При жидкофазном спекании последней
формируется структура, содержащая фазы
WC
,
Co

и

(
W
3
Co
3
C
). После этого
в метано
-
водо
родной среде проводят науглероживание изделия до

7

исчезновения в структуре

фазы. Во время этого процесса происходит
перераспределение жидкой фазы по объему изделия, в результате чего
появляется изделие, у которого сердцевина имеет

более высокое содержание
металлической связки по сравнению с периферией;

в)

спеканием изделия с однородной структурой и минимальным
содержанием металлической связки. Параллельно готовят металлический
расплав и им обрабатывают определенные участки изделия.

Это позволяет в
одних частях изделия сохранить свойства композиции с минимальным
содержанием связки (высокие твердость, предел текучести, предел прочности
при сжатии, износостойкость), а в других при помощи металлического расплава
создать новый комплекс с
войств (высокие ударная вязкость, трещиностойкость,
усталостная прочность, энергопоглощаемость и др.) В результате получается
композиционный материал с градиентной структурой и дифференцированными
по объему свойствами.

Так градиентные твердые сплавы марок
Т20…Т50, разработанные в ОАО
Кировградский завод твердых сплавов (КЗТС) обладают повышенными
твердостью, пределом прочности при изгибе и стойкостью (табл. 2).

Их
получают путем удаления при спекании с поверхности пластин

-
фазы на
глубину 15…20 мкм.


2. Хи
мический состав и основные физико
-
механические характеристики
градиентных твердых сплавов, выпускаемых ОАО
Кировградский завод
твердых сплавов

(ТУ 48
-
4205
-
81
-
2007)


Марка
твердого
сплава

Состав, %

,
МПа,

не менее

,

не
менее

,

кг/м
3


Твердый
с
плав


эталон

WC

TiC

TaC

Co

Т20

82

3

7

8

1666

91,0

13,81
-
13,97

1,1

МС221

ТТ10К8

Б

82

3

7

8

1617

89,0

13,5
-
13,8

1
,0

--

Т25

78

14

--

8

1470

90,5

11,68
-
11,84

2,0

Т14К8


8

Т14К8

78

14

--

8

1274

89,5

11,2
-
11,6

1,0

--

Т30

81

4

3

12

1764

90,0

13,8
-
14,0

1,5

МС146

ТТ7К12

81

4

3

12

1666

87,0

13,0
-
13,3

1,0

--

Т35

81

4

3

12

1960

89,5

13,7
-
14,0

1,5

МС146

ТТ7К12

81

4

3

12

1666

87,0

13,0
-
13,3

1,0

--

Т40

81

4

3

12

1764

89,0

13,04
-
13,2

1,1

МС146

ТТ7К12

81

4

3

12

1666

87,0

13,0
-
13,3

1,0

--

Т50

81

4

3

12

1764

87,0

13,0
-
13,3

1,1

ТТ7К12

ТТ7К12

81

4

3

12

1666

87,0

13,0
-
13,3

1,0

--

Примечани
я
. 1. Аналог твердого сплава марки МС221


сплав марки ТТ10К8
-
Б,
а

сплава марки
МС146


сплав марки
ТТ7К12. 2. Коэффициент стойкости (
)


отношение стойкости испытуемой СМП к стойкости эталонной СМП.


Фирма
Sandvik

Coromant

(Швеция) выпускает твердые сплавы с
градиентной кобальтовой структурой п
одложки
[5]
. При этом толщина
кобальтового слоя на поверхности пластины увеличивается в ряду сплава марок
GC
4235



GC
42
2
5



GC
42
1
5



GC
4235



GC
42
0
5
. В результате градиент по
содержанию кобальта для подложки сплава
GC
4205 обеспечивает высокую
вязкость плас
тины, а сплава
GC
4235


повышенную износостойкость.
Подобные твердые сплавы выпускает фирма
Kennametal

(США) и др. Фирма
Newcomer

Products

(США) выпускает пластины из твердого сплава марок
N
003
,
N
308,

NFN
20, у которых передняя поверхность, соприкасающаяся со стружкой,
имеет повышенное содержание
TiC

[5]
. Благодаря этому такие пластины
обладают увеличенным сопротивлением высокотемпературным процессам,
имеющим место при резании.


Библиографический список

1.

Андреев В.Н., Боровский Г.В., Молодых С.У., Фальковский В.А.
Совершенствование твердого сплава режущего инструмента //
Технология машиностроения, 2012
.

№ 2
.

С. 30

34.


9

2.

Фальковский В.А., Боровский Г.В. Твердые сплавы на основе карбида
вольфрама с нанозернист
ой и ультратонкой структурой // ветные
металлы
, 2010. № 5. С. 106

112.

3.

Гусев А., Курлов А. Твердые сплавы сегодня и завтра // Металлы
Евразии, 2005. № 2. С. 42

45.

4.

Фальковский В.А.,

Фальковский Ф.И., Панов В.С. Нано
-

и
ультрадисперсные твердые сплавы //


ветные металлы, 2007. № 10. С.
85

91.

5.

Фальковский В.А., Боровский Г.В., Клячко Л.И. и др. Обзор: твердые
сплавы с градиентной структурой. Теория и практика //

ветные металлы,
2012. № 8. С. 96

102.

6.

Лисовский А.Ф. Формирование градиентной структуры в
спечен
ных

твердых сплав
ах

(обзор) // Сверхтвердые материалы, 2010. № 4. С. 36

53.

7.

Лисовский А.Ф. Формирование структуры композиционных материалов
при обработке металлическими расплавами.

Киев: Наукова думка, 2008.

199 с.


Приложенные файлы

  • pdf 21618498
    Размер файла: 411 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий