Твердый сплав. Марки, характеристики, применение. Твердосплавный инструмент. Стали твердые

инструментальные стали, твердые сплавы, режущая керамика, сверхтвердые инструментальные материалы. Их назначение и обозначение.

К инструментальным материалам, удовлетворяющим в той или иной мере перечисленные требования, относятся:

- инструментальные стали,

- металлокерамические твердые сплавы,

- режущая минералокерамика

- сверхтвердые инструментальные материалы

Инструментальные стали

В зависимости от химического состава инструментальные стали подразделяются на углеродистые, легированные и быстрорежущие.

У них основным химическим элементом, определяющим твердость и физико-механические свойства, является углерод.

В холодном состоянии эти стали различаются по твердости незначительно.

Основное их различие – это разная теплостойкость.

Применение: при обработке конструкционных сталей.

Металлокерамические твердые сплавы Вольфрамовые твердые сплавы

Твердые сплавы – это инструментальный материал, состоящий из твердых зерен карбидов, соединенных связкой.

Основное свойство карбидов – их твердость.

Основными карбидами для изготовления твердых сплавов являются: карбид вольфрама (WC), карбид титана (TiC), карбид тантала (TaC). В качестве связки служит металлический кобальт (Со).

Твердые сплавы изготовляют методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают в определенных пропорциях, прессуют в формах и спекают при температуре 1500…2000оС. При спекании твердые сплавы приобретают высокую твердость (HRС 72…77) и в дополнительной термической обработке не нуждаются.

Теплостойкость твердых сплавов различных марок составляет 800…900оС, что позволяет вести обработку при высоких скоростях резания (до 15 м/с).

Безвольфрамовые твердые сплавы

Общим недостатком вольфрамосодержащих твердых сплавов помимо высокой хрупкости является повышенная дефицитность вольфрамовый руды – основного компонента, определяющего их повышенные физико-механические характеристики. Поэтому в последние годы стали применять так называемые безвольфрамовые твердые сплавы.

Карбиды вольфрама были заменены карбидами титана с добавками молибдена, никеля и других тугоплавких металлов. В качестве связки – никель и молибден. Они маркируются буквами КТС и ТН.

Твердые сплавы КТС-1 и КТС-2 содержат 15…17% Ni и 7…9% Мо соответственно, остальное – карбид титана (TiC). Твердые сплавы типа ТН -20, ТН25, ТН30 в качестве связующего металла применяют в основном никель в количестве 16…30%. Концентрация молибдена составляет 5…9%, остальное – также карбид титана (TiC).

Теплостойкость безвольфрамовых твердых сплавов составляет 750…800оС, а твердость HRС 72…77.

Металлокерамические твердые сплавы

Твердые сплавы с покрытием

Для дополнительного повышения износостойкости твердосплавных пластин наносят тонкий слой (2…12 мкм) карбида или нитрида титана или других высокотвердых материалов. Это позволяет в 2…5 раз повысить стойкость режущего инструмента с покрытием по сравнению со стойкостью исходного материала.

Твердые сплавы с покрытием производятся путем наложения различных слоев на пластину. Основным методом в настоящее время является химическое осаждение – CVD. Процесс CVD – это химические реакции различных газов при нагреве пластины до 1000оС.

В качестве первого слоя покрытия обычно используется карбонитрид титана - Ti(CN). Он обладает хорошей износостойкостью и твердостью.

В качестве второго слоя наносят оксид алюминия - Al2O3 , который сохраняет твердость и химическую инертность при высоких температурах.

Верхний (третий) тонкий слой нитрида титана – TiN на поверхности пластины уменьшает трение и придает пластине золотистый цвет. Режущая минералокерамика

Минералокерамика – это синтетический материал, основой которого служит кристаллический оксид алюминия (глинозем - Al2O3), подвергнутый спеканию при температуре 1720…1750оС.

Недостаток – высокая хрупкость и низкая ударная вязкость

Сверхтвердые инструментальные материалы

К режущим сверхтвердым материалам относятся природные алмазы и синтетические материалы. Самым твердым из известных инструментальных материалов является алмаз. По химическому составу алмаз представляет собой одну из аллотропных модификаций углерода – кристаллический углерод.

Он обладает высокой износостойкостью, хорошей теплопроводностью, небольшим коэффициентом трения и малой адгезионной способностью к металлам, за исключением сплавов железа с углеродом. Наряду с высокой твердостью алмаз обладает большой хрупкостью.

52 . Износ и стойкость металлорежущих инструментов. Причины износа и параметры, характеризующие износ на примере токарных резцов. Определение стойкости металлорежущих инструментов. Обозначение стойкости и средняя ее величина у токарных резцов.

В процессе резания возникает трение стружки о переднюю поверхность, обрабатываемой детали о заднюю поверхность инструмента. В результате инструмент изнашивается и теряет режущую способность.

Рассмотрим механизм износа режущих инструментов при обработке сталей.

Абразивный (характерный для сталей):

Сущность – элементарное царапанье рабочей поверхности РИ твёрдыми включениями обрабатываемого материала.

Причина – твёрдые включения в обрабатываемых сталях всегда имеются в виде цементитов и избыточных карбидов легирующих элементов.

Особенно наблюдается при сухом резании сталей, точении по "корке", обработке сварных деталей, обработке силуминов.

Адгезионный:

Сущность – отрыв частиц материала инструмента силами межмолекулярного сцепления металлов пары инструмент-заготовка.

Причины – высокие давление и температура резания.

Особенно наблюдается при работе без СОЖ (смазочно-охлаждающие жидкости).

Окислительный (Химический):

Сущность – образование на рабочей поверхности инструмента менее прочных плёнок оксидов и химических соединений, и их удаление силами трения.

Причины – высокая температура резания, адсорбция кислорода и использование СОЖ. Особенно наблюдается при сухом резании. Диффузионный:

Сущность – взаимная диффузия инструмента и обрабатываемого материала, сопровождаемая уносом (удалением) инструментального материала.

Причина – высокая температура резания.

На практике существует комбинация этих видов износа.

Различают три основных вида износа: износ по передней поверхности, износ по задней поверхности и износ по передней и задней поверхностям. Наиболее часто встречается одновременный износ и по передней, и по задней поверхности.

Допускаемая величина износа при обработке стали для токарных резцов с пластинками твердого сплава 0,8— 1 мм, для резцов из быстрорежущей стали и при работе с охлаждением, 1,5—2 мм.

studfiles.net

Твердый сплав. Марки, характеристики, применение. Твердосплавный инструмент :: SYL.ru

Твердые металлы и сплавы представляют собой износостойкие материалы, способные сохранять свои характеристики при повышенных температурах (900-1100 градусов). Они известны человеку более ста лет.

Общая характеристика

Твердые сплавы изготавливаются преимущественно на основе хрома, тантала, титана, вольфрама с добавлением различного количества никеля или кобальта. При производстве используются прочные карбиды, не подверженные разложению и растворению при высокой температуре. Твердый сплав может быть литым или спеченным. Карбиды отличаются хрупкостью. В этой связи для формирования твердого материала их зерна связывают подходящими металлами. В качестве последних выступают железо, кобальт, никель.

Литые соединения

Твердосплавный инструмент, полученный указанным способом, отличается высокой сопротивляемостью к истиранию материалом заготовки и сходящей стружки. Они не теряют своих характеристик при температуре нагрева от 750 до 1100 градусов. Установлено, что изделиями, произведенными путем плавки или литья с добавлением килограмма вольфрама, можно обработать в пять раз больше материала, чем предметами из быстрорежущей стали при таком же содержании W. Одним из недостатков таких соединений выступает их хрупкость. При уменьшении в составе доли кобальта она повышается. Скорость, которой обладают твердосплавные резцы, в 3-4 раза превышает показатели для стали.

Спеченные материалы

Они включают в себя металлоподобное соединение, связанное сплавом или металлом. В качестве основы, как правило, используется карбид (сложный в том числе) титана или вольфрама, а также тантала, карбонид титана. Реже при изготовлении применяют бориды. Матрицей для удержания зерен материала выступает связка - сплав или металл. Как правило, ею является кобальт. Это нейтральный по отношению к углероду элемент. Кобальт не образует собственные карбиды и не разрушает другие. Реже в связке используется никель и его соединение с молибденом.

Сравнительная характеристика

Спеченные материалы получают порошковым методом. Обработка твердых сплавов этого типа осуществляется только шлифованием либо физико-химическими способами (лазером, травлением в кислотах, ультразвуком и прочими). Литые изделия подвергаются закалке, отжигу, старению и так далее. Они предназначены для наплавки на инструмент. Порошковые материалы прикрепляют посредством пайки или механическим способом.

Классификация

Она зависит от содержания карбидов кобальта, тантала, вольфрама и титана. В этой связи рассматриваемые материалы разделяются на три группы. При обозначении марок соединений используют буквы:

1. Карбид вольфрама - "В".
2. Кобальт - "К".
3. Карбид титана - первая "Т".
4. Карбид тантала - вторая "Т".

Цифры, указанные после букв, обозначают приблизительное процентное содержание компонентов. Остальное в соединении (до 100 %) - карбид вольфрама. Указанные в конце буквы обозначают зернистость структуры: "В" - крупная, "М" - мелкая, "ОМ" - особо мелкая. Промышленность выпускает твердые сплавы марок ВК (вольфрамовые), ТТК (титанотанталовольфрамовые) и ТК (титановольфрамовые).

Отличительные признаки

Основные свойства твердых сплавов заключаются в их высокой прочности, износостойкости. При этом рассматриваемые материалы отличаются меньшей вязкостью и теплопроводностью в сравнении со сталью. Это необходимо учитывать при эксплуатации изделий. Выбирая твердый сплав, необходимо придерживаться ряда рекомендаций:

1. Вольфрамовые изделия в сравнении с титановольфрамовыми отличаются меньшей температурой свариваемости со сталью. В этой связи их используют для работы с чугуном, цветными металлами и неметаллическими материалами.
2. Для стали целесообразно использовать соединения группы ТК.
3. Твердый сплав марки ТТК обладает повышенной вязкостью и точностью. Его применяют для работы со стальными поковками, отливками в неблагоприятных условиях.
4. Чистовое и тонкое точение с небольшим сечением стружки обеспечивают борфрезы твердосплавные с мелкозернистой структурой и меньшим содержанием кобальта.
5. При неблагоприятных условиях и черновой работе с материалами с ударной нагрузкой целесообразно использовать соединения с высоким содержанием кобальта. При этом они должны обладать крупнозернистой структурой.
6. Чистовая и черновая обработка в процессе непрерывного резания осуществляются преимущественно соединениями со средним процентным содержанием кобальта.

Порошкообразные материалы

Они представлены двумя группами: содержащие и не содержащие вольфрам. В первом случае твердый сплав представлен в виде смеси технического порошкообразного W и ферровольфрама с науглероживающими компонентами. Изготавливался он еще в СССР. Называется этот твердый сплав "вокар". Процесс изготовления материала следующий:

1. Высокопроцентный ферровольфрам и технический порошкообразный W смешиваются с молотым коксом, сажей и прочими аналогичными компонентами.
2. Полученная масса замешивается на сахарной патоке или смоле в густую пасту.
3. Из смеси прессуются брикеты, которые слегка обжигаются. Это необходимо для удаления летучих соединений.
4. Брикеты после обжига размалываются и просеиваются.

Готовый материал, таким образом, имеет вид хрупких черных крупинок. Их величина - 1-3 мм. Отличительной особенностью таких материалов выступает их большой насыпной вес.

Сталинит

Этот твердый сплав не содержит вольфрама, что обуславливает его низкую стоимость. Он также был изобретен в советские годы и достаточно широко используется в промышленности. Как показала практика, несмотря на то что этот твердый сплав не содержит вольфрама, он обладает высокими механическими характеристиками, в большинстве случаев удовлетворяющими технические требования. Сталинит обладает значительными преимуществами перед вольфрамовыми материалами. В первую очередь это низкая (1300-1350 градусов) температура плавления. Вольфрамовые материалы подвергаются изменениям, только начиная с 2700 градусов. Температура плавления в 1300-1350 градусов значительно облегчает наплавку, повышает ее производительность. В качестве основы сталинита используется смесь дешевых порошкообразных ферросплавов, ферромарганца и феррохрома. Изготовление этого материала аналогично процессу производства вольфрамовых соединений. В сталините присутствует 16-20% хрома, 13-17% марганца.

Применение

В современной промышленности твердые сплавы получили широкое распространение. При этом материалы постоянно совершенствуются. Развитие этого производственного сектора осуществляется в двух направлениях. В первую очередь улучшаются составы сплавов, совершенствуется технология их изготовления. Кроме этого, внедряются инновационные способы нанесения соединений на изделия. Твердосплавный инструмент способствует существенному повышению производительности труда. Это обеспечивается высокой сопротивляемостью износа и теплостойкостью изделий. Подобные характеристики позволяют осуществлять работу на скоростях, в 3-5 раз превышающих показатели для стали. Такими достоинствами, например, обладают современные борфрезы. Твердосплавные материалы, изготавливаемые с применением передовых технологий (электрохимических и электрофизических способов), в том числе с использованием алмазных заготовок, являются сегодня одними из самых востребованных в промышленности.

Разработки

Сегодня в отечественной промышленности проводятся различные исследования, включающие глубокий анализ возможности повышения характеристик твердых сплавов. Главным образом они касаются гранулометрического и химического состава материалов.

В качестве довольно удачного примера за последние несколько лет можно привести соединения группы ТСН. Такие сплавы специально разработаны для узлов трения, работающих в агрессивной кислотной среде. Эта группа продолжает разработки новых соединений в группе ВН, предложенных Всероссийским НИИТС.

При проведении исследований было установлено, что при уменьшении размера зерна карбидной фазы значительно повышаются такие характеристики, как прочность и твердость сплавов. Использование технологий регулирования и плазменного восстановления гранулометрического состава на сегодняшний день позволяют выпускать материалы, величина фракции в которых менее микрона. Сплавы марки ТСН сегодня широко используются в производстве узлов нефтегазовых и химических насосов.

Российская промышленность

Одним из передовых предприятий, занятых в сфере производства и научных разработок, выступает Кировоградский завод твердых сплавов. КЗТС обладает обширным собственным опытом по внедрению инновационных технологий в производство. Это позволяет ему занимать первые позиции на промышленном рынке России. Предприятие специализируется на выпуске спеченных твердосплавных инструментов и изделий, металлических порошков. Выпуск налажен с января 1942 года. В конце 90-х годов на предприятии была проведена модернизация. В течение последних нескольких лет Кировоградский завод твердых сплавов направляет свою деятельность на выпуск усовершенствованных многогранных сменных пластин с износостойкими многослойными покрытиями. Предприятие занимается также разработкой новых безвольфрамовых составов.

Заключение

Положительный опыт многих промышленных предприятий позволяет предположить, что в ближайшее время безвольфрамовые сплавы не только станут еще более популярными, но и смогут заменить другие материалы, используемые для производства штамповой и режущей продукции, элементов машин, осуществляющих работу в тяжелых условиях, приспособлений и оснастки. Сегодня уже создана целая группа соединений на основе карбонитрида и карбида титана. Они применяются во многих производственных сферах. Широко распространены, в частности, твердые сплавы ТВ4, ЛЦК20, КТН16, ТН50, ТН20. К новым разработкам относят материалы групп тантала TaC, ниобия NbC, гафния HfC, титана TiC. Выпуск инструментов с применением этих сплавов позволяет заменить вольфрам относительно дешевыми добавками, расширив, таким образом, номенклатуру используемого сырья. Это, в свою очередь, обеспечивает выпуск изделий, обладающих специфическими свойствами, более высокими эксплуатационными характеристиками.

www.syl.ru

Твердость металлов. Таблица твердости металлов

Для того чтобы детали и механизмы служили длительно и надежно, материалы, из которых они изготовлены, должны соответствовать необходимым условиям работы. Именно поэтому важно контролировать допустимые значения их основных механических показателей. К механическим свойствам относятся твердость, прочность, ударная вязкость, пластичность. Твердость металлов - первичная конструкционная характеристика.

Понятие

Твердость металлов и сплавов - это свойство материала создавать сопротивление при проникновении в его поверхностные слои иного тела, которое не деформируется и не разрушается при сопутствующих нагрузках (индентора). Определяют с целью:

• получения информации о допустимых конструкционных особенностях и о возможностях эксплуатации;
• анализа состояния под действием времени;
• контроля результатов температурной обработки.

От этого показателя частично зависят прочность и устойчивость поверхности к старению. Исследуют как исходный материал, так и уже готовые детали.

Варианты исследования

Показателем является величина, которая называется числом твердости. Существуют различные методы измерения твердости металлов. Наиболее точные исследования заключаются в использовании различных видов вычисления, инденторов и соответствующих твердомеров:

1. Бринелля: суть работы аппарата – вдавливание шарика в исследуемый металл или сплав, вычисление диаметра отпечатка и последующее математическое вычисление механического параметра.
2. Роквелла: используются шарик или алмазный конусный наконечник. Значение отображается на шкале или определяется расчётно.
3. Виккерса: наиболее точное измерение твердости металла с применением алмазного пирамидального наконечника.

Для определения параметрических соответствий между показателями разных способов измерения для одного и того же материала существуют специальные формулы и таблицы.

Факторы, определяющие вариант измерения

В лабораторных условиях, при наличии необходимого ассортимента оборудования, выбор способа исследования осуществляется в зависимости от определенных характеристик заготовки.

1. Ориентировочное значение механического параметра. Для конструкционных сталей и материалов с небольшой твердостью до 450-650 НВ применяют метод Бринелля; для инструментальных, легированных сталей и других сплавов – Роквелла; для твердосплавов – Виккерса.
2. Размеры испытуемого образца. Особо маленькие и тонкие детали обследуются с помощью твердомера Виккерса.
3. Толщина металла в месте замера, в частности, цементированного или азотированного слоя.

Все требования и соответствия задокументированы ГОСТом.

Особенности методики Бринелля

Испытания на твердость металлов и сплавов с помощью твердомера Бринелля проводятся со следующими особенностями:

1. Индентор – шарик из легированной стали или из карбидо-вольфрамового сплава диаметром 1, 2, 2,5, 5 или 10 мм (гост 3722-81).
2. Продолжительность статического вдавливания: для чугуна и стали – 10-15 с., для цветных сплавов – 30, также возможна длительность в 60 с., а в некоторых случаях – 120 и 180 с.
3. Граничное значение механического параметра: 450 НВ при измерении стальным шариком; 650 НВ при использовании твердосплава.
4. Возможные нагрузки. С помощью входящих в комплект грузов корректируется фактическая сила деформации на испытуемый образец. Их минимальные допустимые значения: 153,2, 187,5, 250 Н; максимальные – 9807, 14710, 29420 Н (гост 23677-79).

С помощью формул, в зависимости от диаметра выбранного шарика и от испытуемого материала, можно вычислить соответствующее допустимое усилие вдавливания.

Пример обозначения:

400HB10/1500/20, где 400HB – твердость металла по Бринеллю; 10 – диаметр шарика, 10 мм; 1500 – статическая нагрузка, 1500 кгс; 20 – период осуществления вдавливания, 20 с.

Для установления точных цифр рационально исследовать один и тот же образец в нескольких местах, а общий результат определять путем нахождения среднего значения из полученных.

Определение твердости по методу Бринелля

Процесс исследования протекает в следующей последовательности:

1. Проверка детали на соответствие требованиям (ГОСТ 9012-59, гост 2789).
2. Проверка исправности аппарата.
3. Выбор необходимого шарика, определение возможного усилия, установка грузов для его формирования, периода вдавливания.
4. Запуск твердомера и деформация образца.
5. Измерение диаметра углубления.
6. Эмпирическое вычисление.

НВ=F/A,

где F – нагрузка, кгс или Н; A – площадь отпечатка, мм2.

НВ=(0,102*F)/(π*D*h),

где D – диаметр шарика, мм; h – глубина отпечатка, мм.

Твердость металлов, измеренная этим способом, имеет эмпирическую связь с вычислением параметров прочности. Метод точен, особенно для мягких сплавов. Является основополагающим в системах определения значений этого механического свойства.

Особенности методики Роквелла

Этот способ измерения был изобретен в 20-х годах XX века, более автоматизирован, чем предыдущий. Применяется для более твердых материалов. Основные его характеристики (ГОСТ 9013-59; гост 23677-79):

1. Наличие первичной нагрузки в 10 кгс.
2. Период выдержки: 10-60 с.
3. Граничные значения возможных показателей: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. Число визуализируется на циферблате твердомера, также может рассчитываться арифметически.
5. Шкалы и инденторы. Известно 11 различных шкал в зависимости от типа индентора и предельно-допустимой статической нагрузки. Наиболее распространённые в использовании: А, В и С.

А: алмазный конусный наконечник, угол при вершине 120˚, общая допустимая сила статического влияния – 60 кгс, HRA; исследуются тонкие изделия, в основном прокат.

С: также алмазный конус, рассчитанный на максимальное усилие 150 кгс, HRC, применим для твердых и закаленных материалов.

В: шарик размером 1,588 мм, изготовленный из закаленной стали или из твердого карбидо-вольфрамового сплава, нагрузка – 100 кгс, HRB, используется для оценки твердости отожжённых изделий.

Шарикообразный наконечник (1,588 мм) применим для шкал Роквелла B, F, G. Также существуют шкалы E, H, K, для которых используется шарик диаметром 3,175 мм (ГОСТ 9013-59).

Количество проб, проделанных с помощью твердомера Роквелла на одной площади, ограничивается размером детали. Допускается повторная проба на расстоянии 3-4 диаметра от предыдущего места деформации. Толщина испытуемого изделия также регламентируется. Она должна быть не меньше увеличенной в 10 раз глубины внедрения наконечника.

Пример обозначения:

50HRC – твердость металла по Роквеллу, измерена с помощью алмазного наконечника, ее число равно 50.

План исследования по методу Роквелла

Измерение твердости металла более упрощено, нежели для способа Бринелля.

1. Оценка размеров и характеристик поверхности детали.
2. Проверка исправности аппарата.
3. Определение типа наконечника и допустимой нагрузки.
4. Установка образца.
5. Осуществление первичного усилия на материал, величиной в 10 кгс.
6. Осуществление полного соответствующего усилия.
7. Чтение полученного числа на шкале циферблата.

Также возможен математический расчет с целью точного определения механического параметра.

При условии использования алмазного конуса с нагрузкой 60 или 150 кгс:

HR=100-((H-h)/0,002;

при совершении испытания с помощью шарика под усилием 100 кгс:

HR=130-((H-h)/0,002,

где h – глубина внедрения индентора при первичном усилии 10 кгс; H – глубина внедрения индентора при полной нагрузке; 0,002 – коэффициент, регламентирующий величину перемещения наконечника при изменении числа твердости на 1 единицу.

Метод Роквелла является простым, но недостаточно точным. В то же время он позволяет измерять показатели механического свойства для твердых металлов и сплавов.

Характеристики методики Виккерса

Определение твердости металлов по данному способу наиболее просто и точно. Работа твердомера основана на вдавливании в образец алмазного пирамидального наконечника.

Основные особенности:

1. Индентор: алмазная пирамида с углом при вершине 136°.
2. Предельно допустимая нагрузка: для легированного чугуна и стали - 5-100 кгс; для медных сплавов - 2,5-50 кгс; для алюминия и сплавов на его основе - 1-100 кгс.
3. Период выдержки статической нагрузки: от 10 до 15 с.
4. Испытуемые материалы: сталь и цветные металлы с твердостью более 450-500 НВ, в том числе изделия после химико-термической обработки.

Пример обозначения:

700HV20/15,

где 700HV – число твердости по Виккерсу; 20 – нагрузка, 20 кгс; 15 – период статического усилия, 15 с.

Последовательность исследования Виккерса

Порядок действий предельно упрощен.

1. Проверка образца и аппаратуры. Особое внимание уделяется поверхности детали.
2. Выбор допустимого усилия.
3. Установка испытуемого материала.
4. Запуск твердомера в работу.
5. Чтение результата на циферблате.

Математический расчет по этому способу выглядит следующим образом:

HV=1,8544*(F/d2),

где F – нагрузка, кгс; d – среднее значение длин диагоналей отпечатка, мм.

Он позволяет измерять высокую твердость металлов, тонких и небольших деталей, при этом предоставляя высокую точность результата.

Способы перехода между шкалами

Определив диаметр отпечатка с помощью специального оборудования, можно с помощью таблиц определить твердость. Таблица твердости металлов – проверенный помощник в вычислении данного механического параметра. Так, если известно значение по Бринеллю, можно легко определить соответствующее число Виккерса или Роквелла.

Пример некоторых значений соответствия:

Таблица твердости металлов составлена на основе экспериментальных данных и имеет высокую точность. Также существуют графические зависимости твердости по Бринеллю от содержания углерода в железоуглеродистом сплаве. Так, в соответствии с такими зависимостями, для стали с количеством карбона в составе равному 0,2% она составляет 130 НВ.

Требования к образцу

В соответствии с требованиями ГОСТов, испытуемые детали должны соответствовать следующим характеристикам:

1. Заготовка должна быть ровная, твердо лежать на столе твердомера, ее края должны быть гладкими или тщательно обработаны.
2. Поверхность должна иметь минимальную шероховатость. Должна быть отшлифована и очищена, в том числе с помощью химических составов. Одновременно, во время процессов механической обработки, важно предупредить образование наклепа и повышения температуры обрабатываемого слоя.
3. Деталь должна соответствовать выбранному методу определения твердости по параметрическим свойствам.

Выполнение первичных требований – обязательное условие точности измерений.

Твердость металлов - важное основополагающее механическое свойство, определяющее их некоторые остальные механические и технологические особенности, результаты предыдущих процессов обработки, влияние временных факторов, возможные условия эксплуатации. Выбор методики исследования зависит от ориентировочных характеристик образца, его параметров и химического состава.

fb.ru

Твердые сплавы

Твердые сплавы

Твёрдые сплавы получают методами порошковой металлургии в виде пластин. Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама (WC), титана (TiC) и тантала (ТаС), мельчайшие частицы которых соединены сравнительно мягким и менее тугоплавким кобальтом. Карбиды придают сплаву высокую твёрдость и теплостойкость, кобальт - прочность на изгиб.

Твердые сплавы имеют высокую твердость - 72...76 HRC и теплостойкость до 850... 1000 °С. Это позволяет работать со скоростями резания в 3 - 4 раза большими, чем инструментами из быстрорежущих сталей.

Применяемые в настоящее время твердые сплавы делятся на:

• Вольфрамовые сплавы группы ВК: ВК3, ВК3-М, ВК4, ВК6, ВК6-М, ВК6-ОМ, ВК8 и др. В условном обозначении цифра показывает процентное содержание кобальта. Например, обозначение ВК8 показывает, что в нем 8 % кобальта и 92 % карбидов вольфрама. Буквами М и ОМ обозначается мелкозернистая и особо мелкозернистая структура;
• Титановольфрамовые сплавы группы ТК: Т5К10, Т15К6, Т14К8, ТЗОК4, Т60К6 и др. В условном обозначении цифра, стоящая после буквы Т, показывает процентное содержание карбидов титана, после буквы К — кобальта, остальное — карбиды вольфрама;
• Титанотанталовольфрамовые сплавы группы ТТК: ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9 и др. В условном обозначении цифры, стоящие после буквы Т, показывают процентное содержание карбидов титана и тантала, после буквы К - кобальта, остальное - карбиды вольфрама.

Твердые сплавы выпускаются в виде стандартизованных пластин, которые припаиваются, или крепятся механически к державкам из конструкционной стали.

Правильным выбором марки твердого сплава обеспечивается эффективная эксплуатация режущих инструментов. Для конкретного случая обработки сплав выбирают исходя из оптимального сочетания его теплостойкости и прочности. Например, сплавы группы ТК имеют более высокую теплостойкость, чем сплавы ВК. Инструменты, изготовленные из этих сплавов (ТК), могут использоваться при высоких скоростях резания, поэтому их широко применяют при обработке сталей.

Инструменты из твердых сплавов группы ВК применяют при обработке деталей из конструкционных сталей в условиях низкой жесткости системы СПИД, при прерывистом резании, при работе с ударами, а также при обработке хрупких материалов типа чугуна, что обусловлено повышенной прочностью этой группы твердых сплавов и невысокими температурами в зоне резания.

Такие сплавы используются также при обработке деталей из высокопрочных, жаропрочных и нержавеющих сталей, титановых сплавов. Это объясняется тем, что наличие в большинстве этих материалов титана вызывает повышенную адгезию со сплавами группы ТК, также содержащими титан. Кроме того, сплавы группы ТК имеют значительно худшую теплопроводность и более низкую прочность, чем сплавы ВК.

Сплавы группы ТТК занимают промежуточное положение между сплавами ТК и ВК. Сплавы ТТК по применимости - универсальны.

Основная область их применения - резание с очень большими сечениями срезаемого слоя, тяжёлыми ударами и малыми скоростями резания (строгание и долбление).

Сплавы с низким процентным содержанием кобальта (Т30К4, ВК3, ВК4) обладают высокой твёрдостью, малой прочностью на изгиб и меньшей вязкостью. Применяются для чистовых операций. Наоборот, сплавы с большим содержанием кобальта (ВК8, Т14К8, Т5К10) являются более вязкими, обладают высокой прочностью на изгиб и применяются при снятии стружек большого сечения на черновых операциях.

Работоспособность твердых сплавов значительно возрастает при нанесении на них износостойких покрытий.

osntm.ru

Самые твердые металлы в мире

Легкий прочный металл серебристо-белого цвета

По одной версии, металл получил свое название от Титанов, могучих и бесстрашных детей богини Земли Геи. Но по другой версии, серебристое вещество названо в честь королевы фей Титании.

Титан открыли немецкий и английский химики Грегор и Клапрот независимо друг от друга с разницей в шесть лет. Произошло это в конце 18-го века. Вещество тут же заняло место в периодической системе Менделеева. Спустя три десятилетия был получен первый образец металлического титана. И довольно долго металл не использовали из-за его хрупкости. Ровно до 1925 года – именно тогда, после ряда опытов, иодидным методом был получен чистый титан. Открытие стало настоящим прорывом. Титан оказался технологичным, на него тут же обратили внимание конструкторы и инженеры. И сейчас металл из руды получают, в основном, магниетермический способом, который предложили в 1940 году.

По распространенности в природе металл занимает десятое место. Титан добывают в ЮАР, России, Китае, Украине, Японии и Индии. И это далеко не полный перечень стран.

Твердые металлы с наибольшей плотностью

Иридий открыли в 1803 году. Обнаружил металл химик из Англии Смитсон Теннат, во время исследования природной платины из Южной Америки. Кстати, с древнегреческого «иридий» переводится как «радуга».

Иридий довольно сложно обработать и термическим, и химическим способом. Металл не вступает в реакцию с кислотами, даже сочетаниями кислот при температуре меньше 100 градусов. При этом, вещество подвержено процессам окисления в царской водке (это смесь соляной и азотной кислот).

Интерес, как к источнику электрической энергии, представляет изотоп иридия 193 m 2. Поскольку период полураспада металла составляет 241 год. Нашел широкое применение иридий в палеонтологии и промышленности. Его используют при изготовлении перьев для ручек и определение возраста разных слоев земли.

А вот осмий открыли на год позже, чем иридий. Этот твердый металл нашли в химическом составе осадка платины, которая была растворена в царской водке. И название «осмий» получилось из древнегреческого слова «запах». Металл не подвержен механическому воздействию. При этом, один литр осмия в разы тяжелее, чем десять литров воды. Впрочем, это свойство пока осталось без применения.

Ну а используют осмий в промышленности. И не в чистом виде, а в виде твердого сплава с вольфрамом. Производят из вещества лампы накаливания. Осмий является катализатором при изготовлении нашатырного спирта. Редко из металла изготавливают режущие части для нужд хирургии.

Самый твердый металл из чистых

Самый твердый металл в мире - вольфрам

Но природная твердость вольфрама в то же время не лишает его гибкости и податливости, что позволяет выковывать из него любые необходимые детали. Именно его гибкость и теплоустойчивость делает вольфрам идеально подходящим материалом для выплавки мелких деталей осветительных приборов и деталей телевизоров, например.

На сайте uznayvse.ru можно прочитать какие же металлы являются самыми мягкими, как их используют, и что из них делают.

uznayvse.ru

Твердость и хрупкость ножевой стали

Между твердостью стали и ее хрупкостью есть прямая взаимосвязь. Чтобы разобраться, сначала следует уяснить для себя верную терминологию.

Мы говорим о твердости, когда сталь невозможно чем-либо поцарапать (разве только алмазом, с помощью которого мы и точим стальные ножи). Но этого качества недостаточно, если у ножа нет прочности – сталь с экстремально высоким показателем твердости может разбиться от легкого удара. Это и есть хрупкость.

Почему сталь становится хрупкой

Хрупкость возникает, во-первых, когда сталь перекалена: хотя она и приобретает высокую твердость, но при этом становится уязвима и может треснуть от удара.

Некоторые легирующие элементы, такие как хром или ванадий, опять-таки повышают твердость стали и снижают ее прочность.

Сама по себе любая сталь является сплавом железа с углеродом и некоторым количеством легирующих элементов, призванных улучшать свойства сплава. Если в железе преобладает углерод, мы называем сталь углеродистой; если в значительном количестве присутствуют легирующие присадки, мы называем ее легированной. А как же «нержавейка»?.. А нержавейка, которую обычно противопоставляют углеродистой стали, это и есть одна из разновидностей легированных большим количеством хрома сталей. Например, если в сплаве более 13 % такого легирующего элемента, как хром, она и будет называться коррозионностойкой.

Стали, применяемые для изготовления режущих инструментов, должны обладать высокой износостойкостью, прочностью и достаточной вязкостью. Поэтому для изготовления ножевой инструментальной легированной стали часто, кроме хрома, вводят дорогие легирующие элементы (марганец, ванадий, молибден).

Как упрочнить сталь

Химические способы

Добавление в состав стали легирующих элементов способно упрочнить сталь. Например, многие японские стали содержат до 8 % молибдена, и это существенно повышает не только их прочность, но и вязкость, что делает сплавы с ним очень ценными.

Еще один способ повысить прочность и износостойкость стали – это добавление в сплав марганца: он делает структуру более мелкозернистой и прочной. Кроме этого, такой сплав лучше поддается заточке – чем более мелкие зерна у его структуры, тем более тонкую режущую кромку можно будет вывести и даже довести ее до бритвенной остроты.

Механический способ

Теперь, когда мы определились с составом сплава, мы можем перейти и к самому важному способу увеличения прочности стали – ее отпуску. Сделаем небольшое пояснение по этапам работы со сталью, чтобы была ясна разница между закалкой и отпуском.

Отпуск после закалки стали

После отжига и механической обработки заготовки сталь закаляется – подвергается нагреву до определенной температуры. Обычно называется цифра в 800 градусов, хотя для разных марок она, конечно, будет разной. При отсутствии оборудования оптимальная температура определяется по цвету, до которого раскаляется сталь при закалке: подходящим считается вишневый или алый цвет, иногда – желтый. Оттенки, близкие к белому, говорят о том, что температура перевалила за допустимую отметку и достигла как минимум 1 300 градусов. Если мы с определенной скоростью охладим нагретый под закалку сплав, то с ним можно работать – отпускать и повышать его прочность, а вот сплав, который перекалился, иногда нельзя спасти даже отпуском.

Заготовки из стали охлаждаются с заданной скоростью в различных охлаждающих средах: в растворе соли или масле. В чистой воде сталь охлаждать нельзя: скорость охлаждения будет слишком высока и на заготовке могут появиться трещины; соль, напротив, снижает скорость охлаждения, что добавляет клинку вязкости.

Теперь у нас есть очень твердая сталь, которую получится поцарапать только алмазом, а вот разбить мы ее сможем легко – у нее пока нет нужной прочности. Значит, нужно провести отпуск. Это практически та же закалка, только многократная и, что важно, имеющая куда более низкие температуры. Для изготовления ножей подходит низкотемпературный отпуск – до 250 градусов.

Охлаждается нож между подходами отпуска точно так же, как после закалки – в солевом растворе или масле.

www.tojiro.ru

Твердость углеродистой стали

Твердость углеродистой стали зависит от многих различных факторов, включая содержание углерода, количество и тип других элементов в сплаве, а также особенности технологии создания стали. Низкоуглеродистые стали, которые содержат от 0,05 до 0,25 % углерода, обычно они являются самыми мягкими. Они могут быть упрочнены с помощью процесса, которые называется цементацией или науглероживанием.

Высокоуглеродистые стали, которые содержат углерода до 2 %, обычно являются самыми твердыми, их конечная твердость зависит от режима их термической обработки. Закалка может увеличить твердость углеродистой стали в четыре раза, а последующий отпуск стали снижают ее твердость до заданного уровня.

Углеродистые стали

Углеродистые стали являются сплавом, который состоит в основном из железа и углерода. Другие элементы также могут присутствовать, но обычно в очень малых количествах. Например, такие элементы как кремний и медь присутствуют в углеродистых сталях в количестве не более 0,6 %. Некоторые углеродистые стали могут содержать до 1,6 % таких элементов как марганец.

Выше углерод – тверже сталь

Главный фактор, которые определяет твердость углеродистой стали – это содержание углерода в стали. Низкоуглеродистые стали обычно мягкие, тогда как высокоуглеродистые стали могут быть очень твердыми и хрупкими. Физические свойства углеродистых сталей можно изменять с помощью различных обработок и, тем самым,  повышать или понижать твердость.

Цементация низкоуглеродистой стали

Хотя низкоуглеродистая сталь является относительно мягкой, с помощью процесса, которые называется цементацией, ее можно сделать значительно тверже. Этот процесс термической обработки буквально заставляет сталь поглощать углерод из твердой, жидкой или газообразной среды богатой углеродом. Обычно углерод поглощается только поверхностным слоем стали. Это дает очень твердый поверхностный слой детали, что полезно, например, для износостойкости. Сердцевина детали остается малоуглеродистой и поэтому пластичной и вязкой. Это весьма благоприятно для надежности и стойкости к хрупкому разрушению для детали в целом

 Твердая цементация стали

При твердой цементации детали укладывают в ящик с карбюрозатором. Карбюрозатор – это науглераживающее вещество, обычно древесный уголь с различными добавками. При температуре 900-950 º кислород воздуха соединяется с углеродом древесного угля с образованием окиси углерода. При соприкосновении с железом оксиь углерода разлагается на углекислый газ и атомарный углерод, который и поглощается поверхностью детали. Твердая цементация применяется в мелкосерийном и единичном производстве, например, в сельских кузницах.

Газовая цементация стали

При массовом производстве основным процессом является газовая цементация. Ее проводят в стационарных или непрерывно действующих (методических) печах. Цементирующими газами являются окись углерода и газообразные углеводороды – метан, этан, пропан, бутан, а также просто природный газ.

Закалка и отпуск высокоуглеродистой стали

Высокоуглеродистые стали обычно обладают высокой твердостью уже как бы сами по себе. Однако процесс закалки может сделать их значительно тверже, хотя при этом они становятся более хрупкими. Поэтому закалку почти всегда совмещают с отпуском. В результате отпуска твердость стали снижается, а пластичность повышается.

После отжига, нормализации или отпуска углеродистая сталь состоит из феррита, свободного и пластинчатого, и включений карбидов (цементита). Феррит обладает низкой прочностью и высокой пластичностью. Цементит же имеет очень высокую твердость (около 800 НВ) и практически нулевую пластичность. При малом количестве цементитных включений пластическая деформация развивается относительно легко и твердость стали поэтому невысока.

Твердость мартенсита

При закалке стали образуется мартенсит. Высокая твердость мартенсита объясняется тем, что элементарные кристаллические ячейки его искажены. Это затрудняет пластическую деформацию и образование сдвигов. Чем больше углерода в стали, тем больше искаженность тетрагональной решетки мартенсита и выше его твердость. Так, мартенсит в стали, содержащей 0,1 % углерода, имеет твердость примерно 30 HRC, а при 0,7 % углерода – 64 HRC.

 Влияние отпуска на твердость стали

Обычно заключительной операцией термической обработки стали является отпуск. Отпуск придает стальному изделию окончательные свойства. Изменения твердости при отпуске происходит за счет изменений в строении структуры стали. При нагреве выше 100 ºС твердость падает вследствие укрупнения карбидных частиц и обеднения углеродом твердого альфа-раствора.

Общая тенденция состоит в том, что твердость с повышением температуры отпуска падает, также как и другие показатели прочности (временное сопротивление и предел текучести), тогда как показатели пластичности (относительное удлинение и относительное сужение) возрастают.

steel-guide.ru

• 
  Закалка и отпуск стали 65г
• 
  Стальной профиль это
• 
  Кобальтовая сталь
• 
  Как отполировать часы из нержавеющей стали
• 
  Нержавеющей стали гидроабразивная резка
• 
  Латунь или сталь что лучше
• 
  Почему бронза стала использоваться более широко чем медь
• 
  Вес квадратной трубы стальной вес 1 погонного метра таблица
• 
  Сортамент трубы стальные круглые сортамент
• 
  Что не является сплавом сталь цирконий бронза силумин
• 
  Стальной уголок 50х50