Лекц Т К М 2014г

Жаростойкий чугун применяют для отливок деталей, работающих при высоких температурах 650 – 900 ° (детали термических печей, вагранок и др.). для этих целей используют чугуны КЧХ-0,8 (0,5-1,0% Cr), КЧХ-30 (2832% Cr), КЧС-5,5 (5-6% Si) с КЧСШ-5,5 (чугун с шаровидным графитом), КЧЮ-22 – алюминиевый чугун.

11.15. Твердые сплавы

Твердые сплавы делят на металлокерамические и безвольфрамовые. Металлокерамическими называются композиционные материалы, получаемые главным образом спеканием тугоплавких компонентов (карбидов вольфрама, титана, тантала) на кобальтовой связке Исходные компоненты формуют прессованием в пресс-формах и далее спекают при температурах, обеспечивающих схватывание в монолитное металлокерамическое изделие без полного расплавления композиции. По сравнению с исходными компонентами металлокерамические сплавы обладают лучшими свойствами (высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью). Их выпускают в виде пластинок различной формы, которыми оснащают режущие инструменты. Необходимые геометрические параметры режущей части пластинок получают в процессе прессования и в дальнейшем не перетачивают.

Металлокерамические сплавы по ГОСТу 3882-74 делятся на 3 группы: вольфрамокобальтовые (или вольфрамовые), обозначаемые буквами ВК, титановольфрамокобальтовые (или титановые), обозначаемые буквами ТК, и титанотанталовольфрамокобальтовые (или титанотанталовые), обозначаемые буквами ТТК.

Маркируются металлокерамические сплавы следующим образом: группа ВК – вольфрамокобальтовые сплавы, цифра после буквы указывает содержание в сплаве кобальта. Например, сплав ВК2 содержит 2% кобальта и 98% карбидов вольфрама WC. Иногда после цифры справа ставят буквы М,

121

означает что сплав имеет мелкозернистую структуру (размер зерен 1,3...1,5 мкм), ОМ – особомелкозернистая структура (размер зерен до 1 мкм), или В – крупнозернистую структуру (размер зерен 3...5 мкм). Нормальный размер зерен твердых сплавов составляет 2...3 мкм.

Группа ТК – титановольфрамокобальтовые сплавы. Цифры после буквы Т указывают содержание карбидов титана, цифра после буквы К – содержание кобальта, остальное карбиды вольфрама. Например, сплав Т5К10 содержит 5% Ti C, 10% Со и 85% WC.

Группа ТТК – титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы. Цифра после букв ТТ показывает суммарное содержание карбидов титана и тантала, а после буквы К – количество кобальта. Например, ТТ7К12 содержит 7%

TiC + TaC, 12% Co, 8% WC.

Химический состав (%) и твердость металлокерамических твердых сплавов

(ГОСТ 3882-74)

122

Черновую токарную обработку твердого металла (HRC > 42) проводят резцами с твердосплавными пластинами Т15К6, Т5К10 и ВК6, ВК8. Для точения заготовки по твердой корке рекомендуется применять резцы с пластинами ВК6 и ВК8, так как они лучше выдерживают неравномерные, ударные нагрузки и обеспечивают наибольшую стойкость резцов. Однако при устойчивом черновом точении (без ударов) предпочтительнее применять резцы с металлокерамическими пластинами Т15К6. Чистовую токарную обработку, которая характеризуется высокими скоростями резания и температурами в зоне обработки, проводят резцами с пластинами из твердого сплава ВК6М с мелкозернистой структурой, ВК6ОМ с особомелкозернистой структурой. Они сохраняют повышенную твердость при нагреве до температур 400...900°С.

Безвольфрамовые металлокерамические твердые сплавы были созданы вследствие необходимости замены дорогостоящего вольфрама. В них вместо карбидов вольфрама используют карбиды, нитриды, карбонитриды титана, окислы тугоплавких металлов на никелевой и молибденовой связке.

Наибольшее распространение получили твердые сплавы на никельмолибденовой связке с составом твердой фазы карбидов титана TiC или карбидов и нитридов титана TiC + TiN, так называемых монитикаров, – ТН20, ТНМ25, КТНМ-20А, МНТ-А2, МНТ-А3, МНТ-Б2 и другие имеющие твердость 88...91 HRА.

В ГОСТ 26530 включено только два безвольфрамовых металлокерамических твердых сплава ТН20 и КТН16. Цифра после букв ТН, обозначающих титаноникелевую группу сплавов, показывает суммарное содержание никеля (15%) и молебдена (5%), остальное карбиды титана TiC.

С целью повышения эксплуатационных свойств твердосплавных пластин на них наносят однослойные и многослойные (до 4 слоев) покрытия толщиной 2...12 мкм. Наиболее широко применяются покрытия на основе

123

карбидов титана TiC, нитридов титана TiN, карбонитридов титана TiСN и окислов алюминия Al2O3.

11. 16. Сверхтвердые инструментальные материалы

Сверхтвердые инструментальные материалы получают при больших давлениях и температурах (около 2500°С) главным образом на основе алмаза и нитрида бора. Синтетические алмазы и нитриды бора обладают очень высокими эксплуатационными свойствами и по способу получения делятся на 2 группы:

порошкообразные (для изготовления абразивного инструмента); поликристаллические материалы (для изготовления лезвийного

инструмента).

Поликристаллы на основе алмаза по способу получения также делятся на 2 группы: поликристаллы, получаемые в результате фазового перехода графита в алмаз, и поликристаллы, получаемые спеканием алмазных зерен.

Синтетические алмазы (карбонадо АСПК и баллас АСБ) получают при давлении 105 МПа и температуре около 2500°С.

Поликристаллы на основе алмаза, получаемые спеканием, делят на 3 группы:

поликристаллы, представляющие однофазный продукт, который состоит из мелких алмазных порошков;

поликристаллы, представляющие композит, который состоит из мелких частиц алмаза, скрепленных связкой;

поликристаллы, полученные пропиткой алмазных порошков металлической связкой (кобальт, никель, хром) при высоких давлениях и температурах.

Алмазные поликристаллы обладают высокой микротвердостью 70...100 МПа, имеют высокую прочность на сжатие, доходящую до 4500...5000 МПа и теплостойкость 700...800°С.

124

Сверхтвердые материалы на основе нитрида бора (эльбор) также получают спеканием при больших давлениях и температурах. Эльбор (от буквы «Л» - Ленинград, где разработан этот материал и бор) – абразивный материал на основе кубического нитрида бора (боразона) с керамической связкой, содержащий литий. Его получают спеканием 56% нитрида бора и 43% азота в специальных камерах под давлением до 100 МПа и при температуре 1000°С. По твердости эльбор близок к алмазу, но выдерживает более высокие температуры.

На базе эльбора выпускают поликристаллические материалы, например, эльбор-Р, гексанит-Р. Эти материалы по прочности 1,5...2 раза превосходят эльбор и химически инертны к черным металлам. Инструменты, оснащенные эльбором-Р и гексанитом-Р, способны обрабатывать материалы высокой твердости до 60 HRC, причем гексанит-Р в отличие от других материалов способен выдерживать ударную нагрузку. Ещё более высокую твердость имеет синтетический материал фуллерит, созданный на основе молекул фуллерена.

11.17. Медь и сплавы на основе меди

Чистая медь по своим свойствам близка к благородным металлам – серебру и золоту, которые не окисляются на воздухе. Медь окисляется слабо и считается полублагородным металлом. Поэтому медь и её сплавы в ювелирном деле, в частности при отливке скульптур. Но особенно ценными являются её технические свойства – электропроводность и теплопроводность. Высокая электропроводность обусловливает её преимущественное применение в электротехнике в качестве полупроводникового металла. Но примеси и наклеп снижают электропроводность меди. В этой связи для изготовления проводов во многих случаев применяют отожженную медь. Однако для изготовления подвесных проводов, где требуется повышенная прочность, применяют

125

нагартованую медь или медь с волокнистыми и слоистыми наполнителями. Высокие теплопроводные свойства меди используются при изготовлении нагревательных индукторов, кристаллизаторов и др.

В зависимости от химического состава в соответствии с ГОСТ 859-78 (2001) технической медь маркируется буквой М, после которой ставятся буквы, показывающие степень очистки. Поскольку степень очистки зависит от технологии получения меди, то после цифр иногда ставятся буквы, обозначающие: к – катодная, б – безкислородная, р – раскисленная, ВЧ – высокая чистота.

Медь может содержать в своем составе до 12 примесей. Положительным качеством меди также является её способность

сплавляться со многими химическими элементами, приобретая положительные свойства. Поэтому медь является основой для многих сплавов: латуней, медно-никелевых сплавов (мельхиор, монель, нейзильбер, константан и др.). Наиболее распространенными и известными сплавами меди являются латуни и бронзы.

11.18. Латуни

Латунями называется группа сплавов меди с цинком (Zn = 10 – 45%). Латуни широко применяются в приборостроении, в общем и химическом

126

машиностроении. В соответствии с ГОСТ 15527-70 (2004) латуни обозначаются буквой Л, затем пишется цифра, указывающая средний процент меди Cu в этом сплаве. Нормировано 8 марок простых латуней Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л63 и Л60. Латуни более сложного состава, имеющие несколько компонентов, в обозначении после буквы Л имеют другую букву, а цифры, размещенные после цифры, показывающей процент меди, указывают процент добавки в последовательности написания этих цифр. Например, ЛС-59-1 означает: свинцовая латунь, содержащая от 57 до 60% меди и от 0,8 до 1,9 свинца; ЛМцА-57-3-1 – латунь марганцевистоалюминиевая, содержащая 57% меди, 3% марганца и 1% алюминия. Эти латуни называются сложными или специальными. Все добавляемые в латуни обозначаются начальными буквами от названия химического элемента:

Химический состав (%) и назначение специальных латуней ГОСТ15527-70 (2004)

127

Латуни подразделяются на деформируемые и литейные. Если сплав предназначен для получения отливок, то в конце ставится буква Л.

Например, ЛАЖ 60-1-1Л, ЛК 80-3Л, ЛС 59-1Л.

11.19. Бронзы

Классическим примером бронзы является сплав меди с оловом. Но вследствие того, что олово является дефицитным элементом, то нашли широкое распространение сплавы меди с алюминием, кремнием, марганцем, бериллием и др. Это обстоятельство позволяет получить сплавы с особыми свойствами. Бронза маркируется русскими буквами Бр, после которых ставятся буквы, обозначающие добавки, а затем цифры, указывающие среднее содержание добавок (цифры, обозначающие процентное содержание меди в бронзах, не пишутся). Например, БрОЦ4-3 обозначает в бронзе в среднем 4% олова, 3% цинка, остальное медь.

Фосфор и бериллий встречаются только в составе бронз. Фосфор вводится в состав оловяннистых бронз как раскислитель, устраняющий хрупкие включения окиси олова (SnO), бериллий в количестве 2% создает оригинальную упрочняемую бронзу БрБ2.

Бронзы по способу получения или обработки подразделяются на деформируемые и литейные. Литейные бронзы маркируются буквой Л в конце обозначения, например, БрАЖН10-4-4Л.

128

Химический состав, механические свойства и назначение некоторых марок бронз ГОСТ 5017-74, ГОСТ 18175-78

129

Медноникелевые сплавы. Эти сплавы характеризуются большим удельным электросопротивлением, высокой коррозионной стойкостью, а некоторые высокими механическими свойствами и жаростойкостью. Они применяются в промышленности для термопар и нагревательных элементов, реостатов и измерительных приборов, для изготовления деталей ответственного назначения в химическом машиностроении. Маркировка сплавов принята следующая: первая буква Н указывает на принадлежность сплава к никелевым. Последующие буквы обозначают содержащиеся в сплаве элементы: М – медь, Мц – марганец, Ц – цинк, Ж – железо. Содержание этих элементов в процентах указывают следующие за буквой цифры. Например, сплав НММц 85-12 содержит около 85% меди, 12% марганца, остальное никель; сплав монель НМЖМц 28-2,5-1,5 содержит около 28% меди, 2,5% железа, 1,5% марганца, остальное никель.

11.20. Алюминий и сплавы на основе алюминия

Алюминий относится к легким металлам, он почти в 3 раза легче железа. Низкая плотность, невысокая стоимость, большой объем производства (второе место после железа) обусловили широкое применение

130