RU2066861C1

RU2066861C1 - Process of determination of microhardness on microsection

Info

Publication number: RU2066861C1
Application number: RU92014089A
Authority: RU
Inventors: Л.П. Карпов; Р.М. Комарова
Original assignee: Комбинат "Электрохимприбор"
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1996-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: process relates to manufacture of cutting and other tools. Groove is made in microsection by scratching perpendicular to edge. Width of groove is measured at distance from edge with allowance for shelf of edge and half-width of groove determined on boundary of shelf. Process is realized with the use of standard hardness tester. EFFECT: improved reliability of process. 2 cl, 3 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно инструментального производства, и может быть использовано при изготовлении режущего или другого инструмента. The invention relates to the field of mechanical engineering, mainly tool production, and can be used in the manufacture of cutting or other tools.

При изготовлении или эксплуатации инструмента на его режущих гранях может возникать дефектный слой с твердостью, отличной от твердости сердцевины. При изготовлении деталей конструкций также может измениться поверхностная твердость, например, за счет наклепа, обезуглероживания, наводороживания и т. д. В таких случаях возникает необходимость определения твердости вблизи режущей кромки или края плоскости детали, что выполняется часто на поперечных микрошлифах. При этом вполне обосновано стремление определять твердость как можно ближе к кромке. Дефектный слой режущего инструмента из быстрорежущей стали, возникающий при заточке, может иметь глубину, например 6-9 мкм. С целью упрочнения часто наносят поверхностный слой с повышенной твердостью. In the manufacture or operation of a tool, a defective layer with a hardness different from the core hardness may occur on its cutting faces. In the manufacture of structural parts, surface hardness can also change, for example, due to hardening, decarburization, hydrogenation, etc. In such cases, it becomes necessary to determine the hardness near the cutting edge or the edge of the plane of the part, which is often done on transverse microsections. At the same time, the desire to determine hardness as close to the edge as possible is quite justified. The defective layer of a cutting tool made of high speed steel that occurs during sharpening may have a depth of, for example, 6-9 microns. For the purpose of hardening, a surface layer with increased hardness is often applied.

Известны методы определения микротвердости, допускающие приближение отпечатка от вдавливания алмазной пирамиды (ГОСТ 9450-76) или царапины-канавки (ГОСТ 21318-75) к краю плоскости на определенное регламентирование расстояние, однако иногда превышающее толщину дефектного слоя. В этом случае твердость режущей кромки (края плоскости) остается неизвестной. Known methods for determining microhardness, allowing the imprint of the indentation of the diamond pyramid (GOST 9450-76) or scratch-grooves (GOST 21318-75) to the edge of the plane for a certain regulation distance, but sometimes exceeding the thickness of the defective layer. In this case, the hardness of the cutting edge (edge of the plane) remains unknown.

За прототип принят метод измерения микротвердости царапанием ребром алмазной четырехгранной пирамиды по ГОСТ 21318-75, где в пункте 4.4 предусмотрено расстояние от канавки до края поверхности не менее двойной ширины канавки. При этом метод не учитывает величину завала или уступа кромки, что часто неизбежно при подготовке микрошлифа. В п.3.1 ГОСТ 21318-75 сказано "Испытуемая поверхность должна быть плоской". С учетом завала допустимое расстояние от канавки до кромки будет еще больше, что не отвечает запросам практики. Например, при анализе причин низкой стойкости режущего инструмента необходимо знать твердость на расстоянии от кромки меньшем, чем величина дефектного слоя. The prototype adopted a method of measuring microhardness by scratching the edge of a diamond tetrahedral pyramid according to GOST 21318-75, where in paragraph 4.4 the distance from the groove to the edge of the surface is not less than double the width of the groove. Moreover, the method does not take into account the value of the obstruction or ledge of the edge, which is often inevitable when preparing a microsection. Clause 3.1 of GOST 21318-75 says, "The test surface must be flat." Given the obstruction, the permissible distance from the groove to the edge will be even greater, which does not meet the demands of practice. For example, when analyzing the reasons for the low resistance of the cutting tool, it is necessary to know the hardness at a distance from the edge less than the size of the defective layer.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей метода измерения микротвердости царапанием с приближением непосредственно к режущей кромке инструмента или краю плоскости детали. The aim of the invention is to expand the technological capabilities of the method of measuring microhardness by scratching, approaching directly to the cutting edge of the tool or the edge of the plane of the part.

Поставленная цель достигается тем, что канавку наносят не параллельно кромке или под произвольным углом, а перпендикулярно, микротвердость (ширину канавки) определяют на расстоянии, равном сумме величины завала (уступа) кромки и половину ширины канавки, определяемой на границе завала. This goal is achieved by the fact that the groove is applied not parallel to the edge or at an arbitrary angle, but perpendicularly, the microhardness (groove width) is determined at a distance equal to the sum of the value of the edge (ledge) of the edge and half the width of the groove determined at the boundary of the obstruction.

В этом случае, как показано на схеме фиг.1, удается приблизиться к кромке, не опасаясь контакта наплыва с кромкой. При параллельном царапании наплыв располагается между осью канавки и кромкой, что вызывает необходимость удаления царапины от кромки для исключения искажений микротвердости. При перпендикулярном царапании наплыв остается в стороне, перед ребром алмазной пирамиды наплыва нет. In this case, as shown in the diagram of FIG. 1, it is possible to approach the edge without fear of contact of the influx with the edge. In parallel scratching, the influx is located between the axis of the groove and the edge, which makes it necessary to remove scratches from the edge to eliminate microhardness distortions. With perpendicular scratching, the influx remains to the side, there is no influx in front of the edge of the diamond pyramid.

Технологический допуск на угол 90^o должен быть равен углу β (см. фиг.1), равному разнице 90^o и угла a между гранью алмазной пирамиды и линией бокового наплыва. На рисунке (фиг.1) показано два положения отпечатков алмазной пирамиды на перпендикулярной царапине, левое перед завалом, когда ширина канавки b не искажена воздействием завала и наплыва при расстоянии от линии измерения ширины канавки до завала, равном 0,5 b, и правое в конце царапины.The technological tolerance at an angle of 90 ^o must be equal to the angle β (see figure 1), equal to the difference of 90 ^o and the angle a between the face of the diamond pyramid and the line of lateral influx. The figure (figure 1) shows two positions of the prints of the diamond pyramid on a perpendicular scratch, left before the block, when the width of the groove b is not distorted by the blockage and the influx at a distance of 0.5 b from the measurement line of the width of the groove to the block, and the right one in end of the scratch.

Существенные признаки, общие с прототипом, нанесение канавки царапанием под нормальной нагрузкой и определение ширины канавки на определенном расстоянии от кромки. The essential features common with the prototype are the scratching of the groove under normal load and the determination of the groove width at a certain distance from the edge.

Отличительные от прототипа признаки, составляющие существенно изобретения: канавка наносится перпендикулярно к кромке, измеряется величина завала или уступа и учитывается в ограничении расстояния от места измерения ширины канавки до кромки. Distinctive features from the prototype that are essential to the invention: the groove is applied perpendicular to the edge, the blockage or ledge is measured, and is taken into account in limiting the distance from the point of measuring the width of the groove to the edge.

Фиг.1 перпендикулярная и параллельные канавки и определение ширины канавки с учетом завала (уступа) кромки: 1 граница канавки; 2 наплыв; 3 - завал (уступ) кромки; 4 кромка инструмента (детали); 5 твердое буферное гальванопокрытие; 6 монтировочная пластмасса; 7 искаженная граница канавки; 8 граница завала; Ц направление царапания. Figure 1 perpendicular and parallel grooves and determining the width of the groove, taking into account the obstruction (ledge) of the edge: 1 border of the groove; 2 influx; 3 - obstruction (ledge) of the edge; 4 tool edge (parts); 5 solid buffer plating; 6 mounting plastic; 7 distorted groove boundary; 8 border obstruction; D is the direction of scratching.

Фиг. 2 перпендикулярная канавка через кромку образца быстрорежущей стали и буферное гальванопокрытие (хромирование). Уступ кромки и диффузионный слой отсутствуют. Шлиф травлен.х 300. FIG. 2 perpendicular groove through the edge of the sample of high speed steel and buffer electroplating (chromium plating). Edge protrusion and diffusion layer are absent. Etched thin section.x 300.

Фиг. 3 перпендикулярная канавка через кромку образца быстрорежущей стали с хромированием. Канавка сужается у кромки по диффузионному слою х 300. FIG. 3 perpendicular groove through the edge of the sample of high-speed steel with chrome plating. The groove tapers at the edge along the diffusion layer x 300.

Для реализации предложения проделывают следующие операции. Наносят на контролируемом участке инструмента буферное твердое гальванопокрытие (без диффузионного отжига) для уменьшения завала на микрошлифе. Твердость покрытия должна быть несколько больше твердости инструмента (тогда будет уступ на микрошлифе) или близка к ней. Делают поперечно к контролируемой грани разрез, например электрофизическим методом. Подготавливают микрошлиф без травления. Определяют величину завала (уступа) l контролируемой кромки с помощью, например, металлографического микроскопа. При этом используют прием фокусировки на резкость, величину завала измеряют по окулярной сетке. На микротвердомере наносят по микрошлифу канавку перпендикулярно кромке, продолжают канавку по буферному покрытию. Технологическое отклонение от перпендикулярности канавки учитывают как угол, равный β = 90^°-α (фиг.1). Угол a определяют с помощью микроскопа миктротвердомера. Определяют технологическую ширину канавки b' на границе завала (уступа). Определяют искомую ширину канавки на расстоянии от кромки, равном сумме величины уступа (завала) l и половины b' (l+0,5 b'). По ГОСТ 21318-75 находят искомое значение микротвердости с учетом выбранной нагрузки и ширины канавки.To implement the proposal do the following operations. A buffer solid plating (without diffusion annealing) is applied in a controlled area of the tool to reduce blockage on the microsection. The hardness of the coating should be slightly greater than the hardness of the tool (then there will be a step on the microsection) or close to it. An incision is made transversely to the controlled face, for example, by the electrophysical method. A microsection is prepared without etching. The value of the obstruction (step) l of the controlled edge is determined using, for example, a metallographic microscope. At the same time, focusing on sharpness is used, the blockage value is measured on the ocular grid. On the microhardness meter, a groove perpendicular to the edge is applied along the microsection, the groove is continued along the buffer coating. The technological deviation from the perpendicularity of the groove is taken into account as an angle equal to β = 90 ^° -α (Fig. 1). The angle a is determined using a microscope micrometer. The technological width of the groove b 'is determined at the border of the block (ledge). The desired groove width is determined at a distance from the edge equal to the sum of the step (block) l and half b '(l + 0.5 b'). According to GOST 21318-75, the desired microhardness is found taking into account the selected load and groove width.

Способ проверен практически с определением микротвердости кромки образцов из быстрорежущей стали Р6М5К5, термообработанных по стандартной технологии и шлифованных по всем граням без снятия фаски. Образцы имели размеры 6х6х30 мм, определялась микротвердость вблизи большой кромки. The method has been tested practically with the determination of the microhardness of the edge of specimens of R6M5K5 high-speed steel, heat-treated according to standard technology and sanded over all faces without chamfering. The samples had dimensions 6x6x30 mm, and microhardness was determined near the large edge.

Для предотвращения завала кромки на поверхность образца наносили слой гальванопокрытия хромирование толщиной 18-40 мкм. Микротвердость покрытия несколько выше микротвердости образца. Дефектный слой от шлифовки, что выявляли металлографически, отсутствовал. To prevent blockage of the edge, a plating layer 18–40 μm thick was applied to the sample surface. The microhardness of the coating is slightly higher than the microhardness of the sample. The defective layer from grinding, which was detected metallographically, was absent.

Царапины проводили на микротвердомере ПМТ-3 перпендикулярно контролируемой кромке из основного металла через покрытие и далее в пластмассовую заливку (монтировочную обойму). Отклонение от перпендикулярности царапины к кромке составляло не более 10^o. Угол наплыва впереди ребра алмазной пирамиды составлял α = 15^° тогда β = 90^°-15^°= 75^°. Однако для гарантии перпендикулярности необходимо применять допуск на отклонение от перпендикулярности, равный, например, ±20^o.Scratches were carried out on a PMT-3 microhardness meter perpendicular to the controlled edge of the base metal through the coating and then into the plastic fill (mounting clip). The deviation from the perpendicularity of the scratch to the edge was not more than 10 ^o . The influx angle in front of the edge of the diamond pyramid was α = 15 ^° then β = 90 ^° -15 ^° = 75 ^° . However, to guarantee perpendicularity, it is necessary to apply a tolerance for deviation from perpendicularity, equal to, for example, ± 20 ^o .

Пример 1. Результаты сравнительного определения микротвердости у кромки образца (фиг. 2) показаны в табл.1, где приводятся данные микротвердости по ширине царапины, определяемой на травленном микрошлифе. Травление сделано с целью четкого выявления границы кромки образца и начала гальванопокрытия. Видно из таблицы, что микротвердость у кромки совпадает с микротвердостью на расстоянии 2b' от кромки. Это позволяет обосновать измерение микротвердости на перпендикулярной царапине ближе к кромке, чем предусмотрено ГОСТ 21328-75. В данном случае при микротвердости, например, 1017,3 H_□PO,2 ширина канавки равна 27 мкм, 2b'=54 мкм, 0,5b'=13,5 мкм.Example 1. The results of the comparative determination of microhardness at the edge of the sample (Fig. 2) are shown in Table 1, which shows the microhardness data on the width of the scratch, determined on the etched microsection. Etching is done to clearly identify the boundary of the edge of the sample and the beginning of electroplating. It can be seen from the table that the microhardness at the edge coincides with the microhardness at a distance of 2b 'from the edge. This allows you to justify the measurement of microhardness on a perpendicular scratch closer to the edge than stipulated by GOST 21328-75. In this case, with microhardness, for example, 1017.3 H _{□ PO, 2} , the groove width is 27 μm, 2b '= 54 μm, 0.5b' = 13.5 μm.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет в 4 раза ближе к кромке определять микротвердость, чем предусмотрено стандартом (ГОСТ 21318-75). Thus, the proposed method allows 4 times closer to the edge to determine the microhardness than provided by the standard (GOST 21318-75).

Пример 2. Образец из быстрорежущей стали Р6М5К5 такой же, как в примере 1. После хромирования проведен диффузионный отжиг 180^o 3 ч. Результаты определения микротвердости показаны в табл. 2, канавка на фиг.3. В данном случае микротвердость у края плоскости и основной части образца разные. Обнаружен диффузионный слой от гальванопокрытия с повышенной твердостью 916,3-1008,8 H_□PO,2 по сравнению с твердостью сердцевины, а также на расстоянии 2b от кромки, равной 840,7 H_□PO,2.
Пример 3. Определяли микротвердость на микрошлифе образца стали ХВГ с карбонитрацией (табл.3), как поверхностным упрочнением. Буферное покрытие - хромирование с диффузионным отжигом (180^oС 3 ч). Уступ у кромки образца отсутствовал, однако обнаружен диффузионный слой от гальванопокрытия с повышенной твердостью 1255,9 H_□PO,2 по сравнению с твердостью слоя карбонитрации (601,9-706,4 H_□PO,2) глубиной 16 мкм.Example 2. A sample of high-speed steel R6M5K5 is the same as in example 1. After chromium plating, diffusion annealing was carried out at 180 ^o 3 h. The results of determining the microhardness are shown in table. 2, the groove in FIG. 3. In this case, the microhardness at the edge of the plane and the main part of the sample is different. A diffusion layer was detected from electroplating with an increased hardness of 916.3-1008.8 H _{□ PO, 2} compared with the hardness of the core, as well as at a distance of 2b from the edge equal to 840.7 H _{□ PO, 2} .
Example 3. Microhardness was determined on the microsection of a sample of CVG steel with carbonitration (Table 3) as surface hardening. Buffer coating - chromium plating with diffusion annealing (180 ^o C 3 h). There was no step at the edge of the sample, but a diffusion layer was detected from the electroplating with an increased hardness of 1255.9 H _{□ PO, 2} compared to the hardness of the carbonitration layer (601.9-706.4 H _{□ PO, 2} ) with a depth of 16 μm.

Обнаружить диффузионный слоя на расстоянии 2b невозможно (стандартный метод прототип). It is impossible to detect the diffusion layer at a distance of 2b (standard prototype method).

В описанных примерах 1-3 брали нагрузку при царапании 0,2 кгс. При других нагрузках будет другая ширина канавки и, соответственно, другие абсолютные значения нормы допустимого расстояния до края плоскости. Однако соотношение этих норм при параллельном и перпендикулярном царапании должно сохраняться, а именно 2:0,5=4. In the described examples 1-3 took a load with a scratch of 0.2 kgf. At other loads, there will be a different groove width and, accordingly, other absolute values of the norm of the permissible distance to the edge of the plane. However, the ratio of these norms with parallel and perpendicular scratching should be maintained, namely 2: 0.5 = 4.

Например, при твердости 840,7 H_□P,, определяемой с нагрузкой 0,2 кгс половина ширины канавки равно 14,8 мкм, а 2=59,4 мкм. При нагрузке 0,02 кгс эти значения соответственно равны 4,6 мкм и 18,8 мкм. Предлагаемый способ позволяет при этом оценить микротвердость дефектного или поверхностного слоя с глубиной в несколько микрометров, а стандартный десятки микрометров. К тому же нанести параллельную царапину вблизи кромки на расстоянии нескольких микрометров практически невозможно, особенно при наличии завала (уступа).For example, with a hardness of 840.7 H _{□ P} , determined with a load of 0.2 kgf, half the width of the groove is 14.8 μm, and 2 = 59.4 μm. At a load of 0.02 kgf, these values are respectively 4.6 microns and 18.8 microns. The proposed method allows you to evaluate the microhardness of a defective or surface layer with a depth of several micrometers, and the standard tens of micrometers. In addition, it is almost impossible to apply a parallel scratch near the edge at a distance of several micrometers, especially in the presence of a blockage (ledge).

Способ применим для определения микротвердости у края плоскости (кромки) с гальванопокрытием, поверхностным диффузионным слоем, дефектным слоем. The method is applicable for determining microhardness at the edge of a plane (edge) with electroplating, a surface diffusion layer, a defective layer.

Claims

1. The method of determining microhardness on a microsection at the edge of the surface or edge of the tool or part with a buffer layer having a hardness close to the hardness of the tool or part obtained by plating without subsequent diffusion annealing, scratching with the groove of the diamond tetrahedral pyramid under the influence of normal load and determining the width of the groove, characterized in that on the microsection determine the width of the obstruction or ledge of the edge, put on the microsection groove, perpendicular to the edge, through the main implicit metal and a buffer layer defined technological groove width at the boundary of the dam or the shoulder and at a distance from the edge surface equal to the sum of the width of the dam or a ledge and groove width half technological determine the microhardness of the tool or workpiece.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the absence of blockage or ledge, the microhardness is determined at any distance from the edge, while the distance from the edge should be at least half the width of the groove.