Сплав ВК8 — его расшифровка, характеристики и область применения

В начале ХХ века произошло событие, оказавшее неоценимое влияние на всю промышленность. В 20-х годах немецкие инженеры научились делать режущий инструмент из карбида вольфрама. В 1929 году советские коллеги с успехом повторили их опыт. Так в нашей стране появился материал, с созвучным эпохе названием «Победит». Именно так называли семейство твердых сплавов, используемых при обработке металла резанием.

Всего существует три категории твердых сплавов:

• вольфрамокобальтовые (ВК);
• титановольфрамокобальтовые (ТК);
• титанотанталовольфрамокобальтовые (ТТК).

За рубежом несколько иное разделение:

• Р — материалы, при точении которых формируется сливная стружка;
• М —труднообрабатываемые сплавы (коррозионностойкая сталь);
• К — чугун;
• N —цветные металлы и их соединения;
• S —легированные, титановые соединения;
• H — сталь после термообработки.

Поговорим о сплаве, относящемся к первой категории ВК-8.

Рецепт

Рецептура сплава представляет собой пропорцию:

• карбида вольфрама 92%;
• кобальта 8%.

Расшифровка стали ВК8 напрямую свидетельствует о составе материала. Литера «В» указывает на наличие вольфрама, «К8» свидетельствует о присутствии 8% кобальта. Нередко в марку дополнительно вносят буквы, указывающие на размер зернистых фракций, мелких (М) или крупных (В).

Регламентирует ВК8 ГОСТ 3882-74.

Технология получения

Сплав получают с использованием приемов, востребованных в порошковой металлургии. Параметры компонентов, входящих в ВК8, не позволяют использовать существующие станочные методы обработки. Малоразмерные фракции получают из оксидов.

Производственная технология включает в себя несколько последовательных шагов.

• Измельчение составных частей шихты.
• Полученную смесь пропускают через грохот, с размером ячеек 1-2 мкм.
• Отфильтрованные частицы перемешивают в комбинации, отвечающей рецепту ВК8.
• Для придания материалу необходимой формы на следующем этапе используют клеевой состав органического происхождения.
• Готовую продукцию получают под давлением 30 Мпа и температуре 1400 oС.

В ходе описываемых процессов кобальт плавится, смачивает карбид, измельченный до кристаллического состояния. В ходе последующей кристаллизации происходит прочное стойкое к износу соединение.

Физические параметры

Характеристики и применение сплава ВК8 тесно связаны между собой. Материал активно вытесняет инструментальную сталь. Причин тому множество, но достаточно назвать лишь одну твердость. ВК8 имеет степень твёрдости 87,5 по HRC, а у «быстрорезов», например, Р12, этот показатель не превышает 70 по HRC.

Разговаривая о причинах востребованности твердых сплавов, нельзя забывать о теплостойкости. Сплав ВК8 не теряет своих прочностных свойств, даже при температуре в рабочей зоне 800-1000 oС. Теплопроводность ВК8 составляет 50,2 ВТ/ м С, и это позволяет выполнять точение со скоростью 200 м/мин. Резцы, изготовленные из Р12, обеспечивают рабочую скорость не более 50 м/мин.

Граница прочности ВК8 1660 Н/мм2, плотность 14,5 г/см3, ударная вязкость 35 кДж/м2. Все эти характеристики обеспечивают его использование при наличии нагрузок вибрационного типа.

Параметры ВК8 определены не только составом, но и габаритами частиц карбида вольфрама. Здесь можно отметить прямую связь: чем крупнее зерно, тем лучше показатели прочности, но снижается восприимчивость к истиранию.

Практическое применение ВК8

Сплав массово используют при производстве режущего (лезвийного) инструмента, используемого практически при всех технологических операциях, так или иначе, сопряженных с удалением слоя металла. Другими словами, в резцах, фрезах, сверлах и пр.

Твердосплавное сверло с пластинами ВК8

Отдельного разговора требуют режущие элементы из ВК8. Производители освоили выпуск этих компонентов в двух формах – паянных и сменных. Различаются он по способу крепления. В нашей стране существует ГОСТ 25393-90 «Пластины твердосплавные напаиваемые для режущего инструмента». В технической документации приведены эскизы пластин номера ГОСТ. На основании их изготавливают, например, пластины для дисковых концевых фрез. Торцево-цилиндрические фрезы к агрегатным станкам изготавливают, руководствуясь нормами ГОСТ 25409.

Вторая группа пластин, сменная, технические условия на них определены в ГОСТ 19086-80.

Разница между ними заключена в том, что первые крепят к корпусу инструмента при помощи пайки. Для сменных пластин используют механический способ.

Режущие пластины изготавливают в двух формах: напайные и сменные. Первые используют при изготовлении режущего инструмента, используемых на традиционных станках с ручным управлением, например, токарного 16К20 или фрезерного 6Р83Ш. Для закрепления на державке применяют пайку при помощи специального припоя. Инструмент со сменными пластинами в основной массе применяют на станках, оснащенных ЧПУ. Но есть мастера, которые работают с подобным инструментом на обыкновенном оборудовании.

Иногда для повышения механических параметров пластин ВК8 применяют шлифование кромок с применением алмазного круга, повышение механических свойств приводит к продлению периода активной эксплуатации инструмента. Инструмент, произведенный из ВК8, используют при черновой и чистовой (финишной) обточке заготовки.

Нередко технологи назначают режущий инструмент, оснащенный ВК8, для обработки заготовок из металлов с достаточно высоким показателем вязкости. К таким материалам можно отнести некоторые медные, титановые сплавы, легированные стали и пр. при подборе инструмента, надлежит учитывать то, что для поддержания высокого темпа резания целесообразно использовать крупнозернистый сплав, мелкозернистый применяют для выполнения чистовых работ по железным сплавам, полимерам и пр.

Обработка заготовок без снятия слоя металла. Из ВК8 производят пуансоны и элементы матриц для ОМД

Детали, изготовленные из ВК8, можно встретить в местах существуют экстремальные условия работы, например, в подшипниках, работающих со скоростью несколько тысяч об/с.

Повышение стойкости

Несмотря на все свои достоинства, рано или поздно режущие пластины из ВК8 затупляются. Резцы с напайными пластинами перетачивают на наждачных станках. Это сложная операция, поскольку при переточке должны быть обеспечены соответствующие углы.

В случае со сменными пластинами все гораздо проще. Пластинку переворачивают или меняют на новую. Для повышения стойкости пластин из ВК8 используют напыление нитридом титана или нитридом бора. Наверняка многие видели пластины золотистого цвета.

Для продления срока службы пластин из ВК8 требуется соблюдать установленные режимы резания и обеспечить отведение тепла, возникающее в процессе резания.  Для этого используют СОЖ (смазочно-охлаждающие жидкости). В ходе резания, они не только отводят тепло, то и смазывают поверхность обрабатываемой детали.

Еще один способ, позволяющий продлить срок работы пластин из ВК 8. Это диффузионное обогащение изделия из ВК8 в легкоплавком расплаве, состоящего из висмута и свинца. Операция состоит из двух частей. Первая включает проведение заблаговременной цементации заготовки, а вторая дальнейшее обогащение детали в упомянутом расплаве.

После проведенных мероприятий, нацеленных на повышение прочностных характеристик, стойкость ВК8 вырастает до 120 минут, в то время как необработанный слав обычно стоит не более часа. В итоге можно сделать простое заключение: использование ВК8 в обрабатывающей отрасли влечет за собой рост производительности труда и снижение выпуска некондиционной продукции.