Твердые сплавы: маркировка, виды и классификация, применение

Твердые сплавы: маркировка, виды и классификация, применение Расшифровка

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. 

Сплав

Содержание основных компонентов

в %(по массе)

Характеристика

физико-механических

свойств

TiC

TiCN

Ni

Mo

σизг , Мпа,

не менее

Плотность

ρ∙10‾3,

кг/м3

HRA,

не менее

TH20

79

15,0

6,0

1050

5,5-6,0

90,0

KHT16

74

19,5

6,5

1200

5,5-6,0

89,0

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

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

Сплав

Состав сплава, %

Характеристика физико-механических свойств

WC

TaC

Co

Предел прочностипри изгибе

σизг , Мпа,

не менее

Плотность

ρ∙10‾3,

кг/м3

HRA,

не менее

ВК3

97

3

1176

15,0-15,3

89,5

ВК3-М

97

3

1176

15,0-15,3

91,0

ВК4

96

4

1519

14,9-15,2

89,5

ВК6

94

6

1519

14,6-15,0

88,5

ВК6-М

94

6

1421

14,8-15,1

90,0

ВК6-ОМ

92

2

6

1274

14,7-15,0

90,5

ВК8

92

8

1666

14,4-14,8

87,5

ВК10

90

10

1764

14,2-14,6

87,0

ВК10-М

90

10

1617

14,3-14,6

88,0

ВК10-ОМ

88

2

10

1470

14,3-14,6

88,5

ВК10-ХОМ

88

10

1500

14,3-14,6

89,5

* 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.

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.

МаркаСостав, %
WCTiCTaCCo
ВК6946
ВК8928
ВК109010
Т30К466304
Т15К679156
Т5К1283512
ТТ7К12814312
ТТ8К684826
ТТ20К9718129
ТН2080(Ni Mo) — 20
КНТ1684 — Ti(C,N)(Ni Mo) — 20

Приложение 3обязательное

Обозначение
по СТ СЭВ

Область
применения

Изменение
свойств твердых спеченных сплавов

Группа

Подгруппа

В

01

Вращательное бурение мягких горных пород: сланцев, гипса, калийных и
каменных солей и т.п., зарубка углей

Твердые сплавы: маркировка, виды и классификация, применение

10

Вращательное, ударно-поворотное бурение монолитных и трещиноватых
горных пород: известняка, доломита, мрамора, угля, каменной соли и т.п.

Зарубка крепких каменных углей с незначительным включением твердых
пород

15

Шарошечное бурение крепких и очень крепких абразивных горных пород:
кварцита, крепкого гранита, кремнистого сланца и т.п.

20

Ударно-поворотное и ударно-вращательное бурение крепких горных пород:
плотного гранита, крепких песчаников, известняка и кварцита, крепких железных
руд и т.п. Зарубка крепких каменных углей с включением твердых горных пород

25

Шарошечное бурение вязких, средней твердости абразивных горных пород:
плотного мергеля, сланца и т.п.

30

Ударно-поворотное и ударно-вращательное бурение крепких и очень
крепких абразивных горных пород: крепких гранитовых пород, кварцитов, очень
крепких гранитов и т.п.

40

Ударно-поворотное, ударно-вращательное бурение крепчайших горных
пород, наиболее крепких, плотных и вязких кварцитов и т.п.

Другие сокращения:  Центры финансовой ответственности предприятия ::

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. (Измененная редакция, Изм. №
5).

Приложение 4справочное

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. (Введено дополнительно, Изм.
№ 2).

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.

На сегодняшний день твёрдые сплавы применяются:

  1. 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.;
  2. В изготовлении высокопрочных деталей для механических изделий, производственных машин, автомобилей и техники, ножей и лезвий для грейдеров – в механизмах, испытывающих высокие перегрузки и усилия;
  3. 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;
  4. При изготовлении мелких, но ключевых деталей различных механизмов. Например, из данного материала производятся подшипники, клеммы, различные защитные напыления и прочее.
  5. В производстве различных форм и матриц, при отливке стальных изделий как простых, так и имеющих сложную форму.
  6. Для механической постобработки сложных материалов (сталь, чугун, цветные металлы, жаростойкие материалы и т.д.).
  7. 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.

Разработчики

Н.А. Кудря, А.А. Залужный,
В.И. Третьяков

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В
ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от
15.08.74 № 1993

3. ВЗАМЕН ГОСТ 3882-61

4. Стандарт соответствует СТ
СЭВ 1251-78, СТ СЭВ 5015-85, ИСО 513-75 в части классификации марок твердых
сплавов

5. Стандарт унифицирован с
БДС 10613-76

6. ССЫЛОЧНЫЕ
НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

7. Ограничение срока
действия снято по протоколу № 5-94 Межгосударственного совета по
стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)

8. ПЕРЕИЗДАНИЕ (июнь 1998
г.) с Изменениями № 1, 2, 3, 4, 5, 6, утвержденными в ноябре 1978 г., декабре
1981 г., декабре 1983 г., декабре 1984 г., марте 1986 г., июле 1990 г. (ИУС
12-78, 3-81, 3-84, 3-85, 8-86, 10-90)

Переиздание (по состоянию на июнь 2008
г.)

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.

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.

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.

Сплав

Состав сплава, %

Характеристика физико-механических свойств

WC

TiC

Co

Предел прочности при

изгибе

σизг , Мпа,

не менее

Плотность

ρ∙10‾3,

кг/м3

HRA,

не менее

T30K4

66

30

4

980

9,5-9,8

92,0

T15K6

79

15

6

1176

11,1-11,6

90,0

T14K8

78

14

8

1274

11,2-11,6

89,5

T5K10

85

6

9

1421

12,4-13,1

88,5

T5K12

83

5

12

1666

13,1-13,5

87,0

Другие сокращения:  «День за полтора» для строгого режима в 2021 году – последние новости из Госдумы, поправки к ст. 72 УК РФ не приняты

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

Сплав

Состав, %

Характеристика физико-механических свойств

WC

TiC

TaC

Co

σизг , Мпа,

не менее

Плотность

ρ∙10‾3,

кг/м3

HRA,

не менее

TT7K12

81

4

3

12

1666

13,0-13,3

87,0

TT8K6

84

8

2

6

1323

12,8-13,3

90,5

TT10K8-Б

82

3

7

8

1617

13,5-13,8

89,0

ТТ20К9

67

9,4

14,1

9,5

1470

12,0-13,0

91,0

Т8К7

85

7,5

0,5

7

1519

12,8-13,1

90,5

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.

Химический состав и свойства некоторых твердых сплавов

Марка сплава Состав порошка в % НRА
WC TiC TaC Co не менее
Вольфрамовые-однокарбидные
ВК3 89,5
ВК6 88,5
ВК20
ВК25
Титановольфрамовые-двухкарбидные
Т30 К4
Т15 К6  
Т5 К10   88,5
Титанотанталовольфрамовые-трехкарбидные
ТТ7 К12
ТТ8 К6 90,5

Маркировка

Твердые сплавы маркируют:

— Сплавы вольфрамовой группы ВК3, ВК6, ВК25. Цифры, стоящие после буквы К, означают содержание кобальта в %, остальное карбиды вольфрама.

Например, ВК 6 – кобальт 6 %, карбида вольфрама остальные 94 %.

— Титановольфрамовой группы Т15К6, Т5К10. К – кобальт, Т – карбиды титана.

Например, Т5 К10 – кобальта 10 %, карбидов титана– 5 %, остальное – карбиды вольфрама – 85 %.

— Титанотанталовольфрамовой группы ТТ7 К 12, ТТ8 К6.

Например, ТТ7 К12.

К – кобальта 12 %, ТТ7 – суммарное значение карбидов тантала и титана 7 %, остальное – карбиды вольфрама – 81 %.

Применение

Сплавы В3, ВК8 применяют для режущих инструментов (токарные резцы, сверла, фрезы) при обработке чугунов, медных сплавов, а также фарфора, керамики и др.

Сплавы ВК10, ВК15, обладающие (из-за повышенного содержания кобальта (10–15 %)) более высокой вязкостью используют для волочильных и буровых инструментов. Сплавы с высоким содержанием кобальта (ВК20, ВК25) применяют для изготовления штампового инструмента – пуансонов, матриц.

Сплавы второй группы Т15К6, Т30 К4 применяют для инструментов (фасонные резцы, фрезы, протяжки) высокоскоростного резания твердых сталей.

Сплавы третьей группы ТТ7К12, ТТ8К6 применяют для инструментов при наиболее тяжелых условиях резания (черновая обработка слитков, отливок, поковок).

Сверхтвердые сплавы

К сверхтвердым материалам относятся алмазы, твердость которых 10000 НV, тогда как быстрорежущей стали 1300 HV и в шесть раз превосходят твердость карбида вольфрама.

Применение имеют синтетические алмазы. Нитрид BN – называемый кубическим нитридом бора. В зависимости от технологии его выпускают под названием – эльбор, эльбор – Р, боразон.

По твердости BN – не уступает алмазу (9000HV), но значительно превосходит по теплостойкости (алмаз – 8000С, нитрид бора – 12000С).

Применение

Алмазными инструментами (протяжки, фрезы, развертки) обрабатывают цветные сплавы, пластмассы, керамику, обеспечивая при этом низкую степень шероховатости поверхности.

Эльбор, баразон применяют для изготовления инструментов (разверток, шлифовальных кругов и др.) для закаленных, цементированных (труднообрабатываемых) сталей. При этом высокоскоростное точение (фасонными резцами) закаленных сталей заменяет процесс шлифования.

Стали для измерительных инструментов

К ним относятся заэвтектоидные низколегированные Х, ХГ, ХВГ, ХС и азотируемые стали типа 38Х2МЮА.

Основными свойствами, которыми должны обладать эти стали – высокая износостойкость, постоянство размеров и форм в течение длительного срока службы. К дополнительным требованиям относят возможность получения низкой степени шероховатости поверхности и малой деформаций при термообработке. После низкой закалки инструменты из этих сталей подвергают обработке холодом (отпуск при – 500 … – 800С).

Маркировка

ХГ, ХВГ, 9ХС – маркируют аналогично легированным инструментальным сталям.

Применение

Плоские инструменты (скобы, линейки, шаблоны) изготавливают из сталей 15Х, 20Х, ХГ, ХВГ, 12ХН3А после химикотермической обработки – цементации.

Для изготовления микрометров, калибров и др. (сложной формы и большого размера) применяют азотируемую сталь 38Х2МЮА.

Стали для инструментов обработки сплавов давлением

Основные свойства, которыми должны обладать стали – высокая твердость, износостойкость, прочность, теплостойкость, окалиностойкость, сочетающиеся с удовлетворительной вязкостью.

По назначению эти сплавы разделяются на две группы:

— стали для инструментов холодной обработки давлением;

— стали для инструментов горячей обработки давлением.

Стали для инструментов холодной обработки давлением

В связи с разнообразием условий деформирования, формы и размеров штампов применяют различные стали; углеродистые У10, У11, У12, низколегированные Х, 9ХС, ХВГ, ХВСГ, высокохромистые Х12, Х12М, Х12Ф1. Хромокремнистые стали 4ХС, 6ХС и дополнительно легированные вольфрамом – сплавы повышенной вязкости 4ХВ2С, 5ХВ2С.

Маркировка

Маркировка осуществляется аналогично углеродистым и легированным инструментальным сталям.

Например: У12 – углеродистая инструментальная сталь, содержание цементита (в среднем) 1,25 %С. 6ХВ2С – углерода – 0,6 %, Х – хром 1 %, В – вольфрам 2 %, С – кремний 1 %.

Другие сокращения:  Сдать анализ на анализ на скрытую кровь

Применение

Низколегированные стали Х, 9ХС, ХВГ, ХВСГ так же, как и углеродистые У10, У11, У12, используют для вытяжных и высадочных штампов, которые работают при небольших ударных нагрузках.

Высокохромистые стали Х12, Х12М, Х12Ф1 применяют для изготовления крупных инструментов сложной формы: вырубных, обрезных, чеканочных штампов повышенной точности, калибровочных досок, накатных роликов и др.

Стали Х6ВФ, 6ХВ2С – обладающие повышенной вязкостью – используют для инструментов, подвергающихся ударам (зубила, гибочные штампы, обжимные матрицы).

Механические свойства сталей для инструментов холодной обработки давлением представлены в таблице 5.

Таблица 5

Марка ста­ли Закалка Отпуск
температура,
“С
твёрдость, НКС (не менее) температура,
°С
твёрдость
НКС
4ХС 880…890 240…270 51…52
6ХС 840…860 240…270 52…53
4ХВ2С 860…900 240…270 50…52
5ХВ2С 860…900 240…270
420…440
51…53
45…47
6ХВ2С 860…900 240…270
420…440
53…55
46…48

Стали для инструментов горячей обработки давлением

Эти стали работают в тяжелых условиях, испытывая интенсивное ударное нагружение, периодический нагрев и охлаждение поверхности. Кроме достаточной прочности, вязкости, теплостойкости, они должны иметь высокую разгаростойкостью (устойчивость к образованию поверхностных трещин, вызываемых объемными изменениями при резкой смене температур). Это свойство обеспечивается снижением содержания цементита в стали (0,3–0,6 %С).

Механические свойства сталей для горячей обработки давлением приведены в таблице 6.

Таблица 6

Марка стали σв, МПа σ0,2 , МПа δ,% КСU МДж/м2
5ХНМ 0,8
5ХГМ 0,4
5ХНСВ 0,5
5ХНТ 0,8

Применение

Стали 5ХНМ, 5ХНВ применяют для изготовления молотовых штампов.

Стали 5ХГМ и 5ХНВС предназначены для изготовления средних штампов или более крупных простой формы (5ХНВС).

Методические указания по выполнению лабораторной работы

Порядок выполнения работы:

— получить номер варианта задания у преподавателя и выписать обозначения материалов для дальнейшей расшифровки;

— выполнить расшифровку обозначений, описать область применения материалов;

— оформить полученные результаты в виде таблицы 7.

— используя информацию таблицы 9, обосновать выбор материала и вид термообработки для режущего, измерительного инструмента, штампов: и т.д. (вид инструмента задается преподавателем).

— оформить полученные результаты в виде таблицы 8.

Таблица 7

Марка Наименование
и
расшифровка
Механические свойства Классификация Применение
По содержанию С По качеству

Таблица 8

Наименование инструмента Применяемые материалы Выбранный материал Вид термообработки Обоснование выбора

Таблица 9

Инструмент
 
 
У8…У12 Х, Х9 ХВТ, ХВСГ 9ХС, ХВГ ХВ4 Р-18, Р6М5, Р6М5Ф3-МП 5ХНМ, 5ХНВ, 4Х5В2ФС Х12, Х12М, Х12Ф1, 4ХС, 5ХВ2С Вк3, ВК6, ВК8 Т30К4, Т15К6 ТТк7К12, ТТ8К6
Нетеплостойкий
режущий инструмент
                   
Полутеплостойкий
режущий инструмент
             
Теплостойкий
режущий инструмент
                   
Напильники                  
Ножовки по металлу                    
Мерительный инструмент                
Длинные сверла, протяжки                    
Штампы для холодной штамповки                  
Штампы для горячей штамповки                    
режущий инстрмент для обработки чугуна, меди                    
режущий инструмент для высокоскоростного резания твердых сталей                    
режущий инструмент для черновой обработки отливок                    

9.4. Варианты задания

1 2 3 4 5

1. Х12 1. У12А 1. ТТ12К8 1. 15Х 1. 5ХНВ

2. 5ХНМ 2. Т15К8 2. Р6М5Ф3-МП 2. ВК25 2. Т15К6

3. Р18 3. ВК8 3. ХВСГ 3. 3Х2В8Ф 3. У12

4. Р5М9 4. 9ХС 4. У13А 4. У10А 4. 4Х5В5МФ

5. ХВГ 5. У8 5. 9ХС 5. Х12М5. Р5М9

6 7 8 9 10

1. Х12 1. Х12Ф1 1. Х6ВФ 1. ВК25 1. У12

2. ТТ7К8 2. Р9 2. У13А 2. 20Х 2. Р18К3Ф2

3. Р18 3. 3Х2В8Ю 3. ХВСГ 3. 9ХС 3. 5ХНМ

4. 4Х2В5Ф 4. У8 4. Р6М5 4. У10А 4. ТТ12К8

5. У7А 5. ВК6 5. Т30К4 5. Р9 5. 4Х5В2ФС

11 12 13 14 15

1. Х6ВФ 1. Р9 1. У13А 1. ХВСГ 1. 9ХС

2. УТА 2. Х12Ф1 2. ХВ4 2. У10 2. Т15К8

3. Р9М5 3. У10А 3. ХВСГ 3. Р5М9 3. У13А

4. Т15К8 4. ВК25 4. Р9 4. ТТ12К6 4. ХВГ

5. Х5В2ФС 5. 3Х2В8Ф 5. ТТ12К8 5. 3Х2В5М3Ф 5. ВК20

16 17 18 19 20

1. У12А 1. Х 1. ХВСГ 1. 48 1. ХВГ

2. ХВГ 2. У9А 2. Р18 2. Р9М5 2. ВК25

3. Р5М9 3. ВК20 3. ТТ12К8 3. Т15К8 3. У10А

4. 9ХС 4. 9ХС 4. У13А 4. 9ХС 4. Р9М5

5. ВК10 5. 6М5Ф3-МП 5.9ХС 5. ХВГ 5. 4Х5В2С

Оцените статью
Расшифруй.Ру