Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Из чего состоит твёрдый сплав — вопрос о составе композиционного материала, в котором сверхтвёрдые зёрна тугоплавких карбидов закреплены пластичной металлической связкой. Эта двухфазная структура объединяет противоположные свойства: высокую твёрдость и износостойкость карбидной фазы — с прочностью и сопротивлением выкрашиванию связующего металла. Именно поэтому твёрдые сплавы остаются основным материалом для режущего, штампового и горного инструмента, а также для износостойких деталей машин.
Марки спечённых твёрдых сплавов, их химический состав и физико-механические свойства установлены ГОСТ 3882-74. Классификация по применению при обработке резанием — по ГОСТ Р ИСО 513-2019 (группы P, M, K, N, S, H). Ниже разобраны компоненты сплава, маркировка по группам ВК, ТК и ТТК, влияние состава и зернистости на твёрдость и прочность, а также принципы выбора марки под обрабатываемый материал.
Спечённый твёрдый сплав — композит из зёрен тугоплавких карбидов (карбид вольфрама WC, карбид титана TiC, карбид тантала TaC), сцементированных пластичной металлической связкой на основе кобальта. Сплав получают методом порошковой металлургии: смешением порошков, прессованием заготовки и спеканием в защитной атмосфере при температуре, при которой связка переходит в жидкую фазу и под действием капиллярных сил стягивает зёрна карбида в почти беспористое тело.
ГОСТ 3882-74 распространяется на твёрдые спечённые сплавы для режущего и горного инструмента, а также для износостойких деталей. Стандарт устанавливает марки, химический состав и физико-механические свойства; контроль свойств выполняется по комплексу методов: твёрдость по Роквеллу (ГОСТ 20017-74), твёрдость по Виккерсу (ГОСТ 25172-82), предел прочности при поперечном изгибе (ГОСТ 20019-74), предел прочности и предел текучести при сжатии (ГОСТ 27034-86), модуль упругости (ГОСТ 25095-82), коэрцитивная сила (ГОСТ 24916-81).
Карбид режет, кобальт удерживает зёрна и сопротивляется выкрашиванию. Соотношение этих двух фаз и определяет компромисс между твёрдостью и прочностью.
По химическому составу спечённые твёрдые сплавы делят на три основные группы:
Отдельно ГОСТ 26530-85 регламентирует безвольфрамовые твёрдые сплавы (на основе карбидов и карбонитридов титана) — они в данной статье не рассматриваются.
Монокарбид вольфрама (WC) — основной упрочняющий компонент во всех трёх группах сплавов. По шкале Мооса твёрдость WC оценивается значением 9, уступая только алмазу и кубическому нитриду бора. Карбид вольфрама сохраняет высокую твёрдость при нагреве, обладает высокой износостойкостью, химически инертен к большинству обрабатываемых материалов в широком интервале температур.
В технологии производства твёрдых сплавов исходным сырьём служат порошки монокарбида вольфрама и кобальта, иногда — карбидов титана и тантала. Размер зёрен WC после спекания подбирается в широких пределах: от субмикронных и особо мелкозернистых структур (доли мкм) до крупнозернистых (несколько мкм и более). Зернистость напрямую влияет на твёрдость и сопротивление выкрашиванию.
Уменьшение размера зерна WC при сохранении химического состава повышает твёрдость и качество шлифованной поверхности, но снижает сопротивление ударным нагрузкам. Крупное зерно даёт обратный эффект: больше прочность на изгиб и ударная вязкость, меньше износостойкость в стабильных режимах резания.
Кобальт служит связующим металлом, цементирующим зёрна карбидов в монолитное тело. При спекании при температуре порядка 1380–1450 °C (диапазон зависит от содержания кобальта в шихте) кобальт переходит в жидкое состояние и под действием капиллярных сил смачивает поверхности зёрен WC, стягивая их и обеспечивая усадку брикета до плотной, почти беспористой структуры. Растворимость карбида вольфрама в твёрдом кобальте при комнатной температуре менее 1 %; основная часть WC после охлаждения присутствует в виде кристаллов в кобальтовой матрице.
Кобальтовая фаза отвечает за пластичность и прочность сплава: она перераспределяет напряжения между жёсткими хрупкими зёрнами карбида и сдерживает развитие трещин. Содержание кобальта — главный конструкционный параметр сплавов ВК и одна из определяющих характеристик в марках ТК и ТТК.
Эта закономерность лежит в основе всей маркировочной системы: цифра, стоящая в обозначении после буквы К, показывает массовую долю кобальта в процентах и одновременно служит ориентиром для оценки эксплуатационных свойств сплава.
Сплавы группы ВК состоят из карбида вольфрама и кобальта. Это самая многочисленная и наиболее универсальная группа: её применяют для обработки чугуна, цветных металлов и сплавов, неметаллов (стекло, керамика, пластмассы), а также для горного и бурового инструмента. Цифра после букв ВК — массовая доля кобальта в процентах; остальное — карбид вольфрама.
Внутри группы ВК сравнение проводится по двум независимым параметрам — содержанию кобальта и размеру зерна WC. ВК3 и ВК6 относительно твёрже и применяются для чистовых операций; ВК8 и ВК10 прочнее и пригодны для черновой обработки, ударных нагрузок и горного инструмента. Суффикс М указывает на мелкозернистую структуру, ОМ — на особо мелкозернистую, В — на крупнозернистую; индекс ХОМ обозначает особо мелкозернистый сплав специального назначения.
Сплавы группы ТК содержат карбид вольфрама, карбид титана и кобальт. Добавка TiC повышает твёрдость, теплостойкость и сопротивление образованию лунки износа на передней поверхности инструмента, но снижает предел прочности при изгибе. Сплавы ТК — основной материал для обработки сталей, дающих сливную стружку: точения, фрезерования, растачивания.
В этой группе действуют сразу две закономерности. Рост содержания TiC (от Т5К10 к Т30К4) повышает твёрдость и допустимую скорость резания, но снижает прочность при изгибе и эксплуатационную прочность. Рост содержания кобальта (от Т30К4 к Т5К10) увеличивает прочность и сопротивление ударам, но снижает твёрдость и износостойкость. Соответственно Т30К4 и Т15К6 применяют на чистовых и получистовых операциях при высоких скоростях и малых сечениях среза, Т5К10 — при тяжёлых режимах с ударами и переменной нагрузкой.
Плотность сплавов группы ТК заметно ниже, чем у группы ВК (примерно 9,5–13 против 14,2–15,3 г/см³), что объясняется меньшей массовой долей вольфрама и наличием более лёгкого карбида титана.
Сплавы группы ТТК содержат в карбидной фазе карбид вольфрама, карбид титана, карбид тантала, связкой служит кобальт. Введение TaC повышает прочность, ударную вязкость и теплостойкость, благодаря чему сплавы ТТК выдерживают тяжёлые ударные нагрузки и термоциклические воздействия — режимы, в которых сплавы ТК выкрашиваются.
Основные применения: ТТ7К12 — тяжёлое черновое точение и фрезерование сталей по корке с ударами; ТТ8К6 — чистовая и получистовая обработка чугуна, нержавеющих сталей, цветных металлов и титановых сплавов; ТТ10К8-Б — черновая и получистовая обработка труднообрабатываемых, нержавеющих аустенитных и жаропрочных сталей и сплавов; ТТ20К9 — фрезерование стали при повышенных требованиях к сопротивлению термоциклическим нагрузкам.
Маркировка спечённых твёрдых сплавов по ГОСТ 3882-74 строится по единой логике, что позволяет по обозначению определить состав и оценить уровень эксплуатационных свойств.
Марка ВК6-М: 6 % кобальта, 94 % карбида вольфрама, мелкозернистая структура. По сравнению с ВК6 той же массы и плотности — выше твёрдость (90,0 против 88,5 HRA) при сохранении тех же областей применения, но с повышенным качеством шлифованной поверхности.
ВК6-М
Твёрдость спечённых твёрдых сплавов измеряют по Роквеллу со шкалой A (метод HRA) по ГОСТ 20017-74 либо по Виккерсу (HV) по ГОСТ 25172-82. По ГОСТ 3882-74 для каждой марки нормируется минимальное значение HRA. Прочность характеризуют пределом прочности при поперечном изгибе (ГОСТ 20019-74), пределом прочности и текучести при сжатии (ГОСТ 27034-86), а также модулем упругости (ГОСТ 25095-82). Косвенно структуру сплава контролируют по коэрцитивной силе (ГОСТ 24916-81), значение которой зависит от размера зёрен WC и доли кобальта.
Сопоставление между группами наглядно демонстрирует компромисс «твёрдость – прочность»:
Твёрдость HRA сравнима только в пределах одной шкалы и одного метода измерения. Сопоставление с HRC, HV или HB корректно только через переводные таблицы и с учётом погрешности перевода.
Помимо разделения по химическому составу (ВК, ТК, ТТК), твёрдые сплавы классифицируются по применению при обработке резанием — по обрабатываемому материалу и режимам. Эта классификация введена ГОСТ Р ИСО 513-2019 «Материалы твёрдые режущие. Классификация и применение». Все твёрдые режущие материалы делятся на шесть основных групп, каждая обозначается заглавной буквой и выделяется цветом.
Внутри основной группы вводится цифровой индекс от 01 до 40 (для отдельных групп — до 50). Чем выше индекс, тем выше прочность и допускаемая подача и глубина резания, но ниже износостойкость и допускаемая скорость. Малые индексы соответствуют чистовым операциям с высокой скоростью и малыми сечениями среза; большие индексы — черновым операциям с ударами, переменной глубиной, литейной коркой и абразивными включениями.
P10 — сплав для чистового и получистового точения стали с высокой скоростью и стабильной подачей. P40 — сплав для тяжёлого чернового точения и фрезерования стали по корке с ударами. M20 — получистовая и черновая обработка нержавеющих сталей. K10 — чистовая обработка чугуна. ГОСТ 3882-74 приводит соответствие отечественных марок (ВК, ТК, ТТК) и групп применения по ИСО.
На практике марку твёрдого сплава подбирают по обрабатываемому материалу, характеру операции и условиям резания. Базовое правило: вольфрамокобальтовые сплавы (ВК) — для чугуна, цветных металлов и неметаллов; титановольфрамокобальтовые (ТК) — для сталей со сливной стружкой; титанотанталовольфрамокобальтовые (ТТК) — для тяжёлых ударных режимов и термоциклических нагрузок.
Твёрдый сплав — это композиционный материал из двух фаз: зёрен тугоплавких карбидов (карбид вольфрама WC, в группах ТК и ТТК также карбид титана TiC и карбид тантала TaC) и металлической связки на основе кобальта. Получают спеканием смеси порошков. Карбиды дают твёрдость и износостойкость, кобальт — прочность и сопротивление выкрашиванию.
ВК — однокарбидные сплавы из WC и Co, применяются для чугуна, цветных металлов и неметаллов. ТК содержат дополнительно TiC и предназначены для сталей со сливной стружкой. ТТК — трёхкарбидные сплавы с TiC и TaC, обладают высокой прочностью и теплостойкостью; применяются для тяжёлой черновой обработки сталей с ударами и для термоциклических режимов.
Цифра после К — массовая доля кобальта в процентах. В ВК8 кобальта 8 %, остальное (92 %) — карбид вольфрама. В Т15К6: 15 % карбида титана, 6 % кобальта, остальные 79 % — карбид вольфрама. В сплавах ТТК цифра после двух букв ТТ показывает суммарную долю TiC + TaC.
Кобальт — пластичная связка. При его увеличении растут прочность при изгибе, ударная вязкость и сопротивление выкрашиванию, но снижаются твёрдость, износостойкость и теплостойкость. Сплавы с малой долей кобальта (ВК3, Т30К4) применяют для чистовых операций, с повышенной (ВК8, Т5К10, ТТ7К12) — для черновых и ударных.
М — мелкозернистая структура карбидной фазы, ОМ — особо мелкозернистая, В — крупнозернистая. При одинаковом химическом составе мелкозернистая структура повышает твёрдость и качество шлифованной поверхности (ВК6-М даёт 90,0 HRA против 88,5 у ВК6). Крупнозернистая структура повышает прочность при изгибе и сопротивление ударам (ВК6-В — 1666 Н/мм² против 1519 у ВК6).
При обработке чугуна образуется короткая стружка скалывания с переменными ударными нагрузками. Сплавы группы ТК твёрже, но более хрупкие из-за TiC; на чугуне их режущая кромка быстро выкрашивается. Сплавы ВК прочнее и пластичнее за счёт большей доли кобальтовой связки — они и применяются для чугуна, цветных металлов и неметаллов.
Это международная классификация твёрдых режущих материалов по обрабатываемому материалу, введённая в Российской Федерации стандартом ГОСТ Р ИСО 513-2019. P — стали (сливная стружка), M — нержавеющие и труднообрабатываемые, K — чугун, N — алюминий и цветные металлы, S — жаропрочные сплавы и титан, H — закалённые стали. Каждой группе соответствует цветовая маркировка инструмента. Внутри группы цифровой индекс от 01 до 40 (50) указывает на изменение от чистовых режимов к тяжёлым черновым.
Основной метод — твёрдость по Роквеллу со шкалой A (HRA) по ГОСТ 20017-74. Для большинства марок по ГОСТ 3882-74 нормируется минимальное значение HRA: например, ВК6 — не менее 88,5 HRA, Т30К4 — не менее 92,0 HRA. Применяется также метод Виккерса по ГОСТ 25172-82. Косвенно структуру сплава контролируют по коэрцитивной силе (ГОСТ 24916-81).
В этом режиме критична прочность и сопротивление выкрашиванию. Подходят сплавы Т5К10 (группа ТК с повышенным содержанием Co) и сплавы группы ТТК — прежде всего ТТ7К12 для тяжёлого чернового точения и фрезерования по корке с ударами. Для термоциклических нагрузок при фрезеровании уместен ТТ20К9.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.