Анализ областей применения вольфрамо-титано-кобальтовых сплавов
Вольфрамо-титано-кобальтовые сплавы являются материалами с высокой твердостью, прочностью, режущими и др. свойствами, сохраняющимися при нагреве до высоких температур [1-4]. Их изготовляют на основе карбидов вольфрама и титана при различном содержании кобальта Прочные карбиды не разлагаются и не растворяющиеся при высоких температурах, но в тоже время хрупки тугоплавки, поэтому для образования твёрдого сплава зёрна карбидов связываются кобальтом [1-4].
Сплавы WC-TiC-Co выпускают, главным образом, для оснащения инструментов при обработке резанием сталей. Вольфрамо-титано-кобальтовые сплавы обозначается буквами ТК. Цифра, следующая за буквой Т означает примерное содержание в сплаве карбида титана, а цифра после буквы К содержание кобальта (Т15К6). Эти сплавы выгодно отличаются от сплавов WC-Co своим свойством в значительно большей степени сопротивляться при высокой температуре (из-за большой скорости резания) образованию «лунки» на передней поверхности резца под воздействием непрерывно скользящей по ней «сливной» стальной стружки, что и обеспечивает большую стойкость резца от износа, по сравнению со сплавами WC-Co. Вместе с тем, эти сплавы менее прочные, но более твердые и окалиностойкие, чем сплавы WC-Co. Температура разупрочнения этих сплавов существенно выше, чем у WC-Co.
По содержанию карбида титана и условий эксплуатации, сплавы WC-TiC- Co условно можно разделить на три подгруппы, согласно таблице 1. Увеличение содержания карбида титана в этих сплавах (кобальт - const) приводит к повышению износостойкости сплава и одновременно к падению прочности.
Таблица 1 - Классификация титановольфрамовых твердых сплавов WC-TiC-Co
по содержанию карбида титана
| Показатель | Подгруппа | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Малотитановые сплавы | Среднетитановые сплавы | Многотитановые сплавы | |
| Содержание карбида титана | 5... 10 % TiC | 10...20 % TiC | 25...60 % TiC |
| Представители | Т5К10 | Т15К6 | Т30К4, Т60К6 |
| Условия эксплуатации | Наиболее прочные и менее твердые, используются при обработке резанием стали в тяжелых условиях с ударом (черновое точение, строгание). | Применяют в менее тяжелых условиях эксплуатации | Характеризуются высокой твердостью и низкой прочностью, применяются при снятии стружки малых сечений и при работе без ударов при больших скоростях резания |
Развитие производства твердых сплавов и дальнейшее увеличение числа их марок, а также разнообразие в их обозначениях, заставило Международную организацию по стандартизации (ИСО) выступить с предложением о введении единого обозначения марок сплавов, применяющихся при обработке резанием. Было предложено разделить все сплавы на группы в зависимости от обрабатываемого материала, которые в свою очередь подразделяются на подгруппы в зависимости от конкретных условий применения (таблица 2) [2, 5].
Подгруппы сплавов внутри каждой из таких групп, предназначающиеся для определенных условий эксплуатации, обозначают двузначной цифрой, которую прибавляют к обозначению (букве) основной группы, например. P01, М20, К30. Возрастание цифр указывает на повышение прочности и снижение твердости, износостойкости и скоростей резания для сплавов внутри данной подгруппы [5].
Таблица 2 - Классификация марок твердых сплавов по ИСО
| Цвет маркировки | Обозначение | Условия применения |
| Синий цвет | Буква Р | Сплавы для обработки резанием материалов, дающих сливную стружку (сталь, стальное литье, ковкий чугун), обозначаются |
| Красный цвет | Буква К | Сплавы для материалов, дающих дробленую стружку (серый чугун, цветные металлы и их сплавы, неметаллические материалы), |
| Желтый цвет | Буква М | Сплавы пригодные для обработки как чугуна, так и стали |
Примеры зависимости структуры сплава от области его применения представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Структура сплава по маркам
В свою очередь подгруппа может состоять из нескольких марок. Так, подгруппа Р01 ввиду значительного числа марок сплавов, предназначающихся для чистовой обработки с малым сечением среза при высоких скоростях резания, подразделяется на P01,2; Р01,3; Р01,4.
В настоящее время классификацией сплавов по ИСО широко пользуются во всех странах для характеристики областей применений различных марок сплавов.
Современные вольфрамо-титано-кобальтовые сплавы по областям применения можно классифицировать согласно таблице 3 [1-4].
Несмотря на то, что вольфрамо-титано-кобальтовые сплавы в 3-5 раз дороже стальных (высоколегированных), они себя оправдывают за счет своих свойств. Их применение дает большой экономический эффект, особенно в автоматических установках и линиях, где быстрый выход из строя одной детали останавливает всю линию.
Таблица 3 - Классификация сплавов по областям применения [89, 100, 41, 94, 90]
| Область применения | Пример инструмента | Доля от выпуска, % |
| Различный режущий инструмент | Резцы, сверла, развертки, фрезы зенкера и др. | 66 |
| Буровой инструмент, горнодобывающая и строительная индустрия | Резцы, шарошки, зубки и др. | 27 |
| Спецназначение | Износостойкий штамповый и конструкционный инструмент (волоки, матрицы, пуансоны, конструкционные детали, электрод-инструмент и др | 5...7 |
| Высокотемпературные, коррозионные, окалиностойкие изделия | ||
| Изделия оборонной промышлен-ности (боеголовки, пояски и др. | ||
| Наплавочные сплавы и др. |
Физико-механические свойства вольфрамо-титано-кобальтовых сплавов представлены в таблице 4. Над созданием новых марок с лучшими свойствами работы продолжаются [5].
Таблица 4 - Физико-механические свойства вольфрамо-титано-кобальтовых сплавов [74]