Твердые сплавы
Стали для измерительного инструмента
Стали для пресс-форм, применяемых при литье под давлением
Наиболее распространенными марками сталей, используемых для изготовления пресс-форм, являются 4ХМФС, 4Х4ВМФС, 2Х9В6, 2Х13 и др.
При выборе сталей для изготовления литейных форм необходимо учитывать и химическое взаимодействие заливаемого металла с формой. Стойкость форм зависит не только от температуры разливаемого металла, но также и от скорости заливки, толщины стенок формы, а также температуры, до которой она подогрета. Подогрев формы способствует повышению сопротивления разгару. После определенного числа заливок металла форму необходимо подвергать отпуску при 300…400 °С для снятия накопившихся напряжений. Повышения стойкости форм (в 1,5…2 раза) достигают применением химико-термической обработки (азотированием или нитроцементацией).
Стали, применяемые для изготовления измерительного инструмента, должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, а также способностью сохранять точные размеры и форму в течение длительного времени, измеряемого иногда годами. Для многих измерительных инструментов, например плиток, требуется высокая чистота поверхности. Для обеспечения требуемых свойств выбирают стали с мартенситной структурой. Однако мартенсит претерпевает старение, которое приводит к изменению размеров и формы. Наблюдается также и распад остаточного аустенита, вызывающий увеличение размеров. Поэтому режим термической обработки и состав сталей для таких инструментов должен обеспечивать требуемое сочетание свойств. Обычно для измерительного инструмента используют заэвтектоидные хромистые высокоуглеродистые стали X, 12ХГ, ХВГ. Для более полного превращения аустенита в мартенсит стали часто подвергают многократной обработке холодом. После каждой из них проводят отпуск при 100…125 °С.
Шаблоны и лекала лучше изготавливать из низкоуглеродистых (сталь 20 или 20Х) или же среднеуглеродистых сталей (55, 50, 50Г). Перед закалкой их подвергают цементации, затем закаливают при температуре 790…810 °С в масло или воду и отпускают при 150…180 °С, 2…3 ч.
Применение твердых сплавов позволяет не только увеличить скорость обработки, но и значительно повысить износостойкость обрабатывающего и штампового инструмента. Наиболее широко используют металлокерамические твердые сплавы, состоящие из карбида вольфрама WC и кобальтовой связки либо из смеси карбидов WC, TiC и ТаС с той же связкой (табл. 13).
Эти сплавы обладают очень высокой твердостью. Их прочность, как в лабораторных, так и в производственных условиях испытывают на изгиб. Износостойкость твердых металлокерамических сплавов увеличивается с ростом твердости и в 10…15 раз превышает значения характерные для быстрорежущей стали. Сохраняется она до 800…1000 °С.
Но сплавы с карбидами вольфрама (типа ВК, ВТК и ВТТК.) дороги и дефицитны. Поэтому в настоящее время разработаны твердые сплавы (типа TiC + Ni + Мо), которые по твердости даже превосходят сплавы типа ВК или ВТК, но отличаются повышенной хрупкостью.
Таблица 13
Составы и механические свойства твердых сплавов
Сплав | WC, % | ТiС, % | ТаС, % | Со, % | Твердость HRA | Сопротивление изгибу, МПа | |
основа | марка | ||||||
ВК ВТК ТТВК | ВК3 ВК6 ВК8 ВК20 Т5К10 Т14К8 Т30К6 ТТ8К6 ТТ10К8А ТТ10К8Б | - - - - | - - - - - - - | 87,5 88,5 89,5 90,5 | - - |
В промышленности применяют и абразивно-алмазный инструмент (шлифовальные круги, надфили, стеклорезы, буры и др.).
При использовании алмазных кругов, вместо кругов из SiC, требующих доводки кругами из карбида бора, производительность заточки инструмента возрастает в 2…4 раза, а срок службы заточенных инструментов увеличивается в 2…3 раза.
Алмазы используют также в качестве фильер для протяжки высокопрочных сплавов, а также драгоценных металлов. В качестве фильер для протяжки высокопрочных материалов применяют также и фильеры из оксида алюминия или особо высокоизносоустойчивых материалов на основе гексаборида ниобия, тантала, молибдена, вольфрама. В России разработаны также новые режущие керамические материалы - микролиты, состоящие из зерен Аl203, размером 1…2 мкм с добавками стеклянной фазы и небольшого количества фторида магния и оксида хрома. Присутствие стеклянной фазы снижает хрупкость микролита и повышает его вязкость.
Инструменты из нитрида бора (эльбора) по твердости не уступают алмазу, но превосходят его по теплостойкости (устойчивы до 1200°С).