Лекции Т К М 2013 1

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...900С.

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%)

имолебдена (5%), остальное карбиды титана TiC.

Сцелью 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 карбидов титана TiC,

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

10. 16. Сверхтвердые инструментальные материалы

Сверхтвердые инструментальные материалы получают при больших давлениях и температурах (около 2500С) 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 2500С.

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...800С.

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 1000С. 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

ихимически инертны к черным металлам. Инструменты, оснащенные эльбором-Р

игексанитом-Р, способны обрабатывать материалы высокой твердости до 60 HRC,

причем гексанит-Р в отличие от других материалов способен выдерживать ударную нагрузку. Ещѐ более высокую твердость имеет синтетический материал фуллерит, созданный на основе молекул фуллерена.

10.17. 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 еѐ сплавы в ювелирном деле, в

частности при отливке скульптур. Но особенно ценными являются еѐ технические свойства – электропроводность и теплопроводность. Высокая электропроводность обусловливает еѐ 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 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 еѐ 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.

10.18. Латуни

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

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.

10.19. 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.

Химический состав, механические свойства и назначение некоторых марок бронз

ГОСТ 5017-74, ГОСТ 18175-78

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.

10.20. 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 его в авиационной промышленности, а также для производства фольги, порошка, пудры и кабельных

изделий, посуды для варки пищи, для сплавов для химической аппаратуры.

Высокая электропроводность (65% от меди) позволяет использовать для проводников электрического тока, электротехнических конденсаторов и др.

Алюминий – химически активный металл, но тугоплавкая пленка окиси на поверхностях изделий защищает металл от дальнейшей коррозии. Высокая пластичность позволяет изготавливать из алюминия различной формы профили.

Алюминиевые сплавы имеют буквенно – цифровую систему обозначения.

Буквы обозначают соответствующую группу, а цифры указывают номер сплава или содержание основного легирующего элемента (в %).

По степени чистоты алюминий подразделяют на три группы: особой,

высокой и технической чистоты.

Химический состав алюминия (ГОСТ 11069-74)

Применять чистый алюминий в качестве конструкционного материала в промышленности нецелесообразно из-за низкой прочности σВ = 60 МПа.

Существенно повысить прочностные свойства можно путем сплавления алюминия с кремнием, магнием, марганцем, медью, цинком, причем два последних элемента позволяют повысить прочностные свойства алюминиевых сплавов до σВ = 700

МПа.

Технические алюминиевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные. Сочетание букв АМг или АМц означает сплав алюминия с магнием и марганцем, относящегося к деформируемым неупрочняемым термической обработкой сплавам. У сплавов Al – Mg цифра характеризует среднее содержание магния (в %). Так, сплавы АМг 3, АМг 5 и АМг 6 содержат соответственно 3,5 и 6% магния Mg, остальное алюминий.

Сплавы деформируемые упрочняемые термической обработкой сплавам обозначаются буквой Д (дюралюминий) или В (высокопрочный).

Высокопрочные сплавы (В) системы Al – Zn – Mg имеют первую цифру 9,

вторая цифра указывает номер сплава (например, В95, В96). Алюминий деформируемый системы Al – Cu – Mg. Цифра, следующая за буквой Д показывает условный номер сплава, например, Д1, Д16, Д18. АК – означает группу алюминиевых ковочных сплавов. Они обладают наряду с высокими механическими свойствами хорошей пластичностью в горячем состоянии и применяются для получения заготовок ковкой и штамповкой, например, АК4 и

АК1. Цифра показывает номер сплава; дополнительная буква М указывает, что сплав был модифицирован с целью улучшения структурного состояния, а вид термической обработки указывается цифрой от 1 до 8 после буквы М, например,

АК4М4, АК6М7, АК8М3, АК7М2.

Для фасонного литья разработаны 3 вида литейных алюминиевых сплавов.

Литейные алюминиевые сплавы обозначают АЛ и цифрой, показывающей условный номер сплава, например, АЛ2, АЛ4, АЛ5, АЛ6, АЛ7, АЛ8, АЛ11, АЛ12.