В эту группу входят материалы, предназначенные для изготовления
инструментов, применяемых при обработке резанием, в горнодобывающей
промышленности, а также в обработке давлением. Основные требования к
этим материалам - высокая твердость, износостойкость, инертность по
отношению к обрабатываемому материалу, способность противостоять высоким
давлениям, вибрационным и ударным нагрузкам, резким изменениям
температуры. Естественно, что совместить в однофазном материале все эти
качества довольно трудно, поэтому многие инструментальные материалы
создают в виде многофазных композиций. Классическим примером такого
материала являются твердые сплавы, в которых одна из составляющих -
твердое износостойкое тугоплавкое соединение, а другая составляющая -
металлическая связка, обеспечивающая необходимую прочность,
термодинамичность, ударо- и вибростойкость. Кроме твердых сплавов,в
группу инструментальных материалов входит быстрорежущая сталь и
сверхтвердые материалы на основе алмаза и плотных модификаций нитрида
бора. Если изделия из быстрорежущей стали в настоящее время изготовляют
преимущественно по традиционной технологии (методом литья) и порошковая
металлургия в данном случае занимает явно подчиненное место, то при
получении изделий из твердых сплавов и сверхтвердых материалов применяют
в основном методы порошковой металлургии.
Твердые сплавы. Промышленное освоение изделий из твердых сплавов
приходится на конец 20-х и начало 30-х годов XX в. В области обработки
металлов резанием это привело к существенному повышению скоростей
резания по сравнению с быстрорежущей сталью. Условно твердые сплавы
можно классифицировать следующим образом:
1) твердые сплавы на основе карбида вольфрама (основные марки -ВК, ТК,
ТТК, ВЖН), используемые в обработке резанием стали, чугуна, цветных
металлов, а также в обработке давлением и в бурильной технике; 2)
безвопьфрамовые твердые сплавы на основе металлоподобных тугоплавких
соединений (ТН, КНТ, ТМ, КХН, КХНФ, ферротикар и др.), а также на основе
оксидов алюминия, циркония, нитрида кремния (ЦМ332, ВОК, силинит и др.),
применяемые в получистовой и чистовой обработке резанием стали, чугуна,
цветных металлов и частично в обработке давлением.
Выше приведены только отечественные твердые сплавы. Напомним принципы их
обозначения: карбидовольфрамовые сплавы с
кобальтовой связкой обозначаются буквами ВК, а цифра указывает на
содержание кобальта (% по массе);
обнаруживает небольшую пластичность при испытаниях
на сжатие. Все эти качества, а также хорошая смачиваемость металлами
железной группы делают карбид вольфрама уникальным соединением для
тугоплавкой составляющей в твердых сплавах и обеспечивают им необходимые
служебные свойства - режущие характеристики, износостойкость, твердость,
прочность и др. Вместе с тем твердость и особенно окалиностойкость
карбида вольфрама невысоки. Добавки карбида титана к карбиду вольфрама
повышают эти характеристики, повышают сопротивление образованию лунки
(на передней грани резца), формирующейся под воздействием ’’сливной”
стружки, что дает возможность повысить скорость резания, однако
прочность сплавов снижается и для бурения, а также для ряда видов
черновой обработки сплавы типа ТК, как правило, не применяют. Добавки
карбида тантала (ниобия) в сплавах ТТК повышают физико-механические
свойства и эксплуатационные характеристики;
эти сплавы применяют для обработки высоколегированных
труднообрабатываемых сталей и чугунов.
Безвольфрамовые твердые сплавы являются менее дефицитными, но и менее
универсальными по сравнению со стандартными твердыми сплавами (табл.
33). Заметно расширяется в последнее время сфера применения керамических
инструментальных материалов. Благодаря высокой твердости и
красностойкости скорости резания для керамических резцов
значительно выше. Красностойкость оценивают условно по температуре в
зоне резания, при которой эксплуатационные характеристики инструмента
остаются неизменными; для карбидных и. карбонитридных твердых сплавов
она составляет 600-700’С, для инструментальной керамики - 900-1000 ”С
[197]. Например, по данным [199], обработку чугуна резцами из нитрида
кремния можно проводить при скоростях 600-1000 м/мин при подачах до 0,7
мм/об. Для применения таких режущих материалов необходим соответствующий
станочный парк.
Как видно из табл. 33, по показателям прочности безвольфрамовые твердые
сплавы значительно уступают сплавам типа ВК и могут заменять только
сплавы типа ТК.
Важнейшей для понимания особенностей технологии и свойств
изикомеханические и физико-химические свойства
тугоплавких соединений применительно к их использованию в качестве
инструментальных материалов [100].