Технологии производства твердосплавных пластин: от сырья до нанесения покрытия

Первым этапом проводится тщательный анализ на процентное содержание вредных примесей в сырье. Если вредных примесей допустимое количество, из первоначального сырья нужно получить порошки вольфрама (W), кобальта (Co), карбидов вольфрама (WC), титана (TiC), тантала (TaC), и приготовить смеси карбидов с кобальтом WCCo, (Ti, W)C-Co, (Ti, Ta, W)C-Co. Смесь тщательно дозируется: увеличение доли кобальта повышает вязкость сплава, но снижает его твёрдость.

После смешивания порошков их подвергают перемолу в жидкой органической среде, такой как: этиловый спирт, ацетон или гексан. Для того что бы не допустить окисление компонентов в полученной суспензии и обеспечить их тонкое измельчение.

После мокрого перемола пульпу под давлением подают насосом через распылительную форсунку в сушильную камеру, туда же под давлением поступает нагретый азот. Образовавшиеся гранулы, высохнув, скапливаются в разгрузочном бункере.

Карбидная основа твердосплавной смеси делает ее мало пластичной и плохо прессуемой. Поэтому перед прессованием пластин, повышают пластичность путем ввода 6…15 % пластификатора: парафин, бензин, воск и т.д. Благодаря этому улучшается текучесть смеси, уменьшается трение между зернами карбида и, как следствие, сокращается усилие прессования. Во время пластифицирования необходимо обеспечить равномерное распределение пластификатора в смеси, а также удалить из смеси воздух, который вызывает появление вздутий на поверхности и полостей внутри прессованных пластин или иного инструмента. Затем происходит прессование полуфабрикатов на пресс-станках.

Далее смесь прессуют под высоким давлением (около 600 МПа), формируя заготовки пластин с относительной плотностью около 92–95%. Для устранения пористости и повышения однородности структуры заготовки подвергаются вакуумно-компрессионному спеканию в печах, где под вакуумом и давлением аргона (до 10 МПа) при температуре 1400–1600 °C происходит окончательное уплотнение материала до практически беспористого состояния.
Финишная обработка включает шлифовку режущих кромок, контроль качества и нанесение износостойких покрытий.

Роль карбида вольфрама и кобальта в составе пластин

• Карбид вольфрама (WC) — основной компонент, обеспечивающий твердость и износостойкость.
• Кобальт (Co) — добавляется для связывания частиц карбида вольфрама и повышения пластичности.
• Оптимальное содержание кобальта для большинства применений — 6–10%, что обеспечивает баланс между твёрдостью и ударной вязкостью.
• Для сложных условий резания применяют сплавы с добавками карбидов титана (TiC), тантала (TaC) и других элементов, повышающих термостойкость и износостойкость.

Виды покрытий и их преимущества

Покрытия значительно увеличивают срок службы пластин, повышая их износостойкость и устойчивость к высоким температурам

Покрытия CVD обычно имеют многослойную структуру (например, TiCN/Al₂O₃/TiN), что обеспечивает надежную защиту от абразивного износа. Для обработки вязких нержавеющих и жаропрочных сталей наиболее распространены такие PVD-покрытия, как TiN, Ti(C,N), (Ti,Al)N, (Ti,Al,Cr)N, а также оксиды цветных металлов.

Как покрытия влияют на срок службы и качество обработки?

Правильно подобранное покрытие способно увеличить ресурс твердосплавной пластины в несколько раз. Например, TiAlN снижает температуру резания на 15–20%, что уменьшает диффузный износ и продлевает срок службы инструмента. Однако при несоблюдении режимов резания даже самые современные покрытия не смогут предотвратить сколы и трещины.

В следующей статье мы подробно разберём, как правильно выбирать режимы резания для максимальной эффективности и увеличения ресурса режущего инструмента. Вы узнаете, какие параметры критически важны, как избежать перегрузок на станке и как подобрать оптимальные условия для каждого конкретного материала.

Хотите узнать больше о технологиях производства и покрытиях твердосплавных пластин? Задавайте вопросы на info@technologist.su — наши эксперты готовы помочь вам подобрать оптимальное решение!