RU2124715C1 - Method of estimation of properties of tool materials - Google Patents

Method of estimation of properties of tool materials Download PDF

Info

Publication number
RU2124715C1
RU2124715C1 RU96107446A RU96107446A RU2124715C1 RU 2124715 C1 RU2124715 C1 RU 2124715C1 RU 96107446 A RU96107446 A RU 96107446A RU 96107446 A RU96107446 A RU 96107446A RU 2124715 C1 RU2124715 C1 RU 2124715C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
properties
area
materials
destruction
Prior art date
Application number
RU96107446A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96107446A (en
Inventor
Е.Б. Мокрицкая
Н.А. Семашко
Е.Э. Рябцев
Original Assignee
Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет filed Critical Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Priority to RU96107446A priority Critical patent/RU2124715C1/en
Publication of RU96107446A publication Critical patent/RU96107446A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2124715C1 publication Critical patent/RU2124715C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical tests of materials; estimation of properties of tool materials. SUBSTANCE: method includes series of relative motion of indenter and specimen at change of their relative position; properties of materials are estimated by area of failure of surface. EFFECT: close approximation to real condition of failure of tool materials is cutting; enhanced informative capacity and efficiency of estimation of property of material. 2 dwg, 1 tbl, 3 App

Description

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов и может быть использовано для оценки свойств инструментальных материалов, в том числе с износостойкими покрытиями. The invention relates to mechanical testing of materials and can be used to evaluate the properties of tool materials, including wear-resistant coatings.

Известно (Мокрицкий В.Я., Федеев В.С., Паладин Н.М. и др. Микромеханические испытания режущих инструментов. /Информационный листок N 313-83 Хабаровского ЦНТИ, 1983 г.) решение, в котором микрохрупкость и сопротивление инструментального материала разрушению оценивают посредством осуществления скрайбирования (нанесение царапины алмазной пирамидой) и замером параметров трещины и зоны повреждаемости инструментального материала. Недостатком решения является относительно невысокая корреляция между оцениваемыми параметрами и результатами стойкостных испытаний инструмента. It is known (Mokritsky V.Ya., Fedeev V.S., Paladin N.M. et al. Micromechanical testing of cutting tools. / Information leaflet N 313-83 of the Khabarovsk Central Scientific Research Institute, 1983) a solution in which micro-fragility and resistance of tool material fracture is evaluated by scribing (scratching with a diamond pyramid) and measuring the parameters of the crack and the damage zone of the tool material. The disadvantage of the solution is the relatively low correlation between the estimated parameters and the results of persistent testing of the tool.

Наиболее близким, по мнению заявителя, по технической сущности является решение (Майстренко А.П., Дуб С.Н. Прогнозирование износостойких хрупких материалов по твердости и трещиностойкости. Заводская лаборатория, N 2, 1991, с. 52-54), в котором на поверхности образца методом скрайбирования выполняют царапины при различной величине нагрузки, измеряют параметры царапины (трещины) и по известным расчетным зависимостям определяют износостойкость, как функцию твердости и трещиностойкости инструментального материала. Недостатком решения является большая трудоемкость расчетной части и относительно невысокая достоверность оценки свойств инструментального материала в силу того, что расчеты выполняются по зависимостям, полученным эмпирическим путем и, соответственно, обладающим значительными погрешностями. The closest, according to the applicant, the technical essence is the solution (Maistrenko A.P., Dub S.N. Forecasting wear-resistant brittle materials by hardness and crack resistance. Factory Laboratory, N 2, 1991, S. 52-54), in which scratches are performed on the surface of the specimen using scribing at various load values, the parameters of scratches (cracks) are measured, and wear resistance is determined from known design relationships as a function of hardness and crack resistance of the tool material. The disadvantage of this solution is the high complexity of the calculation part and the relatively low reliability of evaluating the properties of the tool material due to the fact that the calculations are performed according to dependencies obtained empirically and, accordingly, with significant errors.

Задачей заявляемого изобретения является создание простого экспресс-способа, позволяющего оперативно и достаточно достоверно оценивать отдельные свойства инструментального материала, имеющие корреляционную связь с износостойкостью и работоспособностью. The task of the invention is the creation of a simple express method that allows you to quickly and fairly reliably evaluate individual properties of tool material that have a correlation with wear resistance and performance.

Технический результат, достигаемый в процессе поставленной задачи, заключается в повышении информативности и достоверности заявляемого способа, обеспечиваемом при скрайбировании образца такой характер разрушения (повреждаемости) поверхности, который наиболее характерен для реальных условий эксплуатации инструмента (см. рис. 2.1. в работе: Кабалдин Ю.Г., Мокрицкий В. Я., Семашко Н.А., Тараев С.П. Современные методы конструирования, контроля качества и прогнозирования работоспособности режущего инструмента. - Владивосток, изд-во ДВГТУ, 1990 - 124 с.). Такой характер нагружения испытываемого инструментального материала осуществляют перемещением индентора (или образца) с образованием сетки следов, где именно участки пересечения дают наиболее информативный материал в силу того, что они инициируют процессы хрупкого разрушения, трещинообразования и отслаивания. The technical result achieved in the process of the task is to increase the information content and reliability of the proposed method, provided when scribing the sample such a character of destruction (damage) of the surface, which is most characteristic of the actual operating conditions of the tool (see Fig. 2.1. In: Kabaldin Yu .G., Mokritsky V. Ya., Semashko N.A., Taraev SP Modern methods of designing, quality control and predicting the operability of cutting tools. - Vladivostok, DVTU publishing house, 1990 - 124 with.). This type of loading of the tested tool material is carried out by moving the indenter (or sample) with the formation of a trace network, where it is the intersection sections that give the most informative material due to the fact that they initiate brittle fracture, cracking, and peeling processes.

Таким образом, заявляемый объект, как и прототип, включает в себя нагружение образца индентором, относительное перемещение образца и индентора по исследуемой поверхности, оценку степени повреждения поверхности образца в зоне следа скрайбирования, отличающийся тем, что выполняют серию перемещений, образец поворачивают в плоскости исследуемой поверхности на угол, вновь выполняют серию перемещений с образованием сетки следов скрайбирования, а о свойствах материала судят по площади разрушения поверхности в ячейках сетки. О свойствах материала судят по расстоянию между следами перемещений из условия, чем меньше расстояние при равной площади разрушения, тем выше сопротивляемость материала разрушению. Thus, the claimed object, as well as the prototype, includes loading the sample with an indenter, the relative movement of the sample and indenter along the test surface, an assessment of the degree of damage to the surface of the sample in the area of the scribing trace, characterized in that a series of movements are performed, the sample is rotated in the plane of the test surface at an angle, they again perform a series of movements with the formation of a grid of traces of scribing, and the properties of the material are judged by the area of surface destruction in the mesh cells. The properties of the material are judged by the distance between the traces of displacements from the condition, the smaller the distance with an equal area of destruction, the higher the resistance of the material to destruction.

На фиг. 1 приведена схема нагружения образца с прямоугольной сеткой; на фиг. 2 - с ромбовидной сеткой. In FIG. 1 shows a loading diagram of a sample with a rectangular grid; in FIG. 2 - with a diamond-shaped grid.

Обоснование способа основано на положении: эксплуатационные свойства инструментального материала, склонного в разрушению трещинообразованием, тем выше, чем меньше повреждаемость выкрошиванием микрообъемов его поверхностных слоев. Это положение справедливо в том числе и для материалов с износостойкими покрытиями. Эксплуатация инструмента (особенно при прерывистом резании) связана с образованием сетки микротрещин в результате силового и термического воздействия. The justification of the method is based on the position: the operational properties of the tool material, which is prone to fracture fracture formation, the higher, the less damage is by crumbling microvolumes of its surface layers. This provision is also valid for materials with wear-resistant coatings. The operation of the tool (especially during interrupted cutting) is associated with the formation of a network of microcracks as a result of force and thermal action.

Следовательно, и оценка свойств материалов без осуществления процесса резания может быть основана при создании на образце сетки повреждений, что наиболее просто реализуется скрайбированием. Чем выше прочность, трещиностойкость и прочность сцепления у материала, тем меньшая площадь поверхности выкрошится при скрайбировании. Информацию о выкрошивании можно получить в результате одного (или нескольких) перемещений (скрайбировании), но инициировать выкрошивание можно при перемещении индентора по концентраторам, роль которых могут выполнять следы предшествующих перемещений. Следовательно, информативность и достоверность экспрессных испытаний можно обеспечить при испытаниях образца с образованием сетки следов перемещений индентора. Тогда работа разрушения материала будет соответствовать площади разрушения при равном размере ячеек сетки, либо будет соответствовать размеру ячеек сетки при равной площади разрушения. Therefore, the assessment of the properties of materials without carrying out the cutting process can be based on creating damage patterns on the sample, which is most easily implemented by scribing. The higher the strength, crack resistance and adhesion strength of the material, the smaller the surface area will crumble when scribing. Information about chipping can be obtained as a result of one (or several) movements (scribing), but chipping can be initiated by moving the indenter along concentrators, the role of which can be performed by traces of previous movements. Therefore, the informativeness and reliability of rapid tests can be ensured when testing a sample with the formation of a grid of traces of indenter movements. Then the work of destruction of the material will correspond to the area of destruction at an equal size of mesh cells, or will correspond to the size of mesh cells at an equal area of destruction.

Пример 1 реализации способа. Example 1 of the implementation of the method.

Брали пластины 1 из твердого сплава ВК8. Для улучшения условий визуального наблюдения результатов скрайбирования рабочую поверхность пластин немного подполировывали. Пластину размещали на специальном устройстве, в образец внедрили индентор и перемещали столик с образцами. Затем столик смещали в перпендикулярном направлении на некоторое расстояние L, вновь осуществляли перемещение, т.е. образовывали ряд следов 2 в виде царапин на поверхности образца Затем стол с образцом поворачивали на некоторый угол φ и осуществляли перемещение стола. При этом перемещении (след 3) индентор пересекал следы 2 предшествующих нагружений образца и даже при малых нагрузках на индентор в местах пересечений следов наблюдались местные выкрошивания 4 инструментального материала. Затем стол с образцом смещали на некоторое расстояние а1 и вновь осуществляли перемещение (след 5) индентора. Если расстояние а1 выбрано достаточно малым (в нашем случае при нагрузке 60 кгС, коническом алмазном инденторе, скорости перемещения примерно 100 мм в минуту расстояние а1 выбирали 1,5-4 мм), то при этом наблюдалась большая площадь выкрошивания, чем при первом (след 3) нагружении. Так выполняли еще несколько нагружений (со смещением а1 и измеряли площадь выкрошиваний. В пределах одного образца она сохранялась практически постоянной.They took plates 1 of VK8 hard alloy. To improve the conditions for visual observation of the scribing results, the working surface of the plates was slightly polished. The plate was placed on a special device, an indenter was introduced into the sample and the table with the samples was moved. Then the table was displaced in the perpendicular direction by a certain distance L, the movement was again carried out, i.e. formed a number of traces 2 in the form of scratches on the surface of the sample. Then the table with the sample was rotated at a certain angle φ and the table was moved. With this movement (trace 3), the indenter crossed the tracks of 2 previous loading of the sample, and even with small loads on the indenter, local crumbling of 4 tool material was observed at the intersection of the tracks. Then the table with the sample was displaced by a certain distance a 1 and the indenter was again moved (trace 5). If the distance a 1 was chosen sufficiently small (in our case, with a load of 60 kgC, a conical diamond indenter, a displacement speed of about 100 mm per minute, the distance a 1 was chosen 1.5-4 mm), then a larger crumbling area was observed than in the first (trace 3) loading. Thus, several more loads were performed (with a displacement of a 1 and the crumbling area was measured. Within the limits of one sample, it remained almost constant.

Затем смещали стол с образцом на расстояние а2<a1 меньшее, чем в предшествующем случае и вновь осуществляли несколько нагружений. Площадь (позиция 6) выкрошиваемых участков 6 при a2 больше, чем при a1. Осуществляли несколько нагружений со смещением a2 и замеряли площадь выкрошивания. Затем уменьшали a < a2 < a1 величину смещения и вновь нагружали образец. Так поступали до тех пор, пока при некоторой величине a1 смещения площади выкрошивания в ячейках сетки следов не приблизилась к 100%. Затем эти же образцы (сетка следов наносилась на тех участках пластинок, которые при резании не взаимодействуют со стружкой, т.е. на фиг. 1 показан фрагмент образца) подвергали испытанию в реальных условиях резания при точении. Результаты сравнительных испытаний 10 образцов приведены в таблице, где в строке 1 обозначено место образца в ряду по убыванию свойств образцов при оценке этих свойств по прототипу (образец 7 имеет 1 место, т.е. лучший из 10 образцов). В строке 2 в процентах от общей площади ячеек сетки приведена площадь разрушения при нагружениях образца с некоторой постоянной величиной ak смещения. Там же в знаменателе указано место для образца в ряду по возрастанию площади (образец 8 имеет меньшую площадь разрушения, следовательно, он лучший по свойствам). В строке 3 приведена величина ai смещения, при которой на данном образце площадь разрушения превышала 30%. Так же в знаменателе указаны места образцов в ряду возрастания величины смещения (чем при большем расстоянии между следами нагружения выкрошивания та же площадь образца, тем хуже свойства образца). В строке 4 приведена такая же информация, но при значительной (более 80%) площади разрушения образцов. В строке 5 приведены результаты стойкостных испытаний этих образцов при точении, т.е. дан период стойкости до достижения заданного износа. В знаменателе дано место образца в порядке убывания стойкости.Then the table with the sample was displaced by a distance a 2 <a 1 less than in the previous case and several loads were again performed. The area (position 6) of the crumbling sections 6 at a 2 is greater than at a 1 . Several loads were carried out with a displacement of a 2 and the crumbling area was measured. Then a <a 2 <a 1 was decreased, and the sample was again loaded. This was done until, at a certain value of a 1, the displacements of the crumbling area in the mesh cells of the tracks did not approach 100%. Then the same samples (a grid of traces was applied on those sections of the plates that do not interact with the chips during cutting, i.e., a fragment of the sample is shown in Fig. 1) was tested under real conditions of cutting during turning. The results of comparative tests of 10 samples are shown in the table, where line 1 indicates the place of the sample in a row in descending order of the properties of the samples when evaluating these properties according to the prototype (sample 7 has 1 place, i.e. the best of 10 samples). In line 2, the percentage of the total area of the mesh cells shows the fracture area under loading of the sample with a certain constant value a k of displacement. In the same place, the denominator indicates the place for the sample in a row in increasing area (sample 8 has a smaller fracture area, therefore, it is better in properties). Line 3 shows the amount of a i displacement at which the fracture area on this sample exceeded 30%. The denominator also indicates the locations of the samples in the order of increasing displacement (the larger the distance between the traces of loading of crumbling the same area of the sample, the worse the properties of the sample). Line 4 shows the same information, but with a significant (over 80%) area of destruction of the samples. Row 5 shows the results of resistance tests of these samples during turning, i.e. given the period of resistance until the specified wear. The denominator gives the place of the sample in decreasing order of resistance.

Данные однозначно показывают, что:
1. достоверность оценки (строки 1 и 5) свойств по прототипу недостаточно (см. образцы 9 и 10, 7 и 8 и т.д.);
2. площадь разрушения между следами сетки перемещений при постоянной величине смещения ak может служить критерием оценки свойств инструментальных материалов;
3. величина смещения между следами нагружений при равной площади разрушения может служить критерием оценки свойств инструментальных материалов.The data clearly show that:
1. the reliability of the assessment (lines 1 and 5) of the properties of the prototype is not enough (see samples 9 and 10, 7 and 8, etc.);
2. the fracture area between the traces of the displacement grid at a constant displacement a k can serve as a criterion for evaluating the properties of tool materials;
3. the magnitude of the displacement between the tracks of the loads with an equal fracture area can serve as a criterion for evaluating the properties of tool materials.

Пример 2 осуществления способа. Example 2 of the method.

Брали образцы (5 штук) из быстрорежущей инструментальной стали Р6М5 с покрытием из нитрида титана. Подобным же образом проводили испытания. По результатам испытаний получены выводы, аналогичные приведенным в примере 1. Samples (5 pieces) were taken from R6M5 high-speed tool steel coated with titanium nitride. Similarly, tests were performed. According to the test results obtained conclusions similar to those shown in example 1.

Пример 3 осуществления способа. Example 3 of the method.

Аналогичен примерам 1 и 2, но для интенсификации процесса разрушения инструментального материала произведена оптимизация угла φ пересечения следов нагружения образца, т.е. оптимизация формы ячеек сетки пересечений следов перемещений. Так оказалось, что наиболее интенсивно процесс разрушения поверхностных слоев инструментального материала и особенно его покрытия происходит при угле пересечения, равным 90o, фиг. 1, либо при угле, образующем ячейку сетки в форме ромба. Очевидно, при этих условиях явления, способствующие отслоению и скалыванию поверхностных слоев, проявляются в наиболее полной форме.Similar to examples 1 and 2, but to intensify the process of destruction of the tool material, the angle of intersection φ of the tracks of loading the sample was optimized, i.e. optimization of the shape of the cells of the grid of intersections of traces of displacements. It turned out that the most intensive process of destruction of the surface layers of the tool material and especially its coating occurs at an intersection angle of 90 o , FIG. 1, or at an angle forming a mesh cell in the form of a rhombus. Obviously, under these conditions, phenomena that contribute to the delamination and cleavage of the surface layers appear in the most complete form.

В сравнение с базовым объектом (им принят аналог по информационному листку N 313-83 Хабаровского ЦНТИ) заявляемый способ позволяет на 20-40% повысить достоверность оценки таких свойств материалов, как микрохрупкость, трещиностойкость, прочность сцепления покрытия с основой. In comparison with the base object (he adopted an analogue to information sheet N 313-83 of the Khabarovsk Central Scientific and Technical Institute), the claimed method allows to increase the reliability of evaluating such properties of materials as micro-brittleness, crack resistance, and adhesion strength of the coating to the substrate by 20-40%.

Claims (2)

1. Способ оценки свойств инструментальных материалов, включающий в себя нагружение образца индентором, относительное перемещение образца и индентора по исследуемой поверхности, оценку степени повреждения поверхности образца в зоне следа скрайбирования, отличающийся тем, что выполняют серию перемещений, образец поворачивают в плоскости исследуемой поверхности на угол, вновь выполняют серию перемещений с образованием сетки следов скрайбирования, а о свойствах материала судят по площади разрушения поверхности в ячейках сетки. 1. A method of evaluating the properties of instrumental materials, including loading the sample with an indenter, the relative movement of the sample and indenter along the test surface, assessing the degree of damage to the surface of the sample in the area of the scribing trace, characterized in that a series of movements is performed, the sample is rotated through an angle again perform a series of movements with the formation of a grid of traces of scribing, and the properties of the material are judged by the area of destruction of the surface in the mesh cells. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что о свойствах материала судят по расстоянию между следами перемещений из условия: чем меньше расстояние при равной площади разрушения, тем выше сопротивляемость материала разрушению. 2. The method according to claim 1, characterized in that the properties of the material are judged by the distance between the traces of displacements from the condition: the smaller the distance with an equal area of destruction, the higher the resistance of the material to destruction.
RU96107446A 1996-04-16 1996-04-16 Method of estimation of properties of tool materials RU2124715C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96107446A RU2124715C1 (en) 1996-04-16 1996-04-16 Method of estimation of properties of tool materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96107446A RU2124715C1 (en) 1996-04-16 1996-04-16 Method of estimation of properties of tool materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96107446A RU96107446A (en) 1998-07-27
RU2124715C1 true RU2124715C1 (en) 1999-01-10

Family

ID=20179399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96107446A RU2124715C1 (en) 1996-04-16 1996-04-16 Method of estimation of properties of tool materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2124715C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539116C1 (en) * 2013-10-24 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Method for comparative evaluation of materials based on ratio of total length of pendulum scribing trace to length of rebound dimple
RU2543683C1 (en) * 2013-10-28 2015-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Method of comparative assessment of material properties by ratio of length of bounce hole to its width in indentor trade during pendulum scribing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Майстренко А.П., Дуб С.Н. Прогнозирование износостойкости хрупких материалов по твердости и трещиностойкости. - Заводская лаборатория, N 2, с. 52 - 54. Мокрицкий Б.Я., Фадеев В.С., Паладин Н.М. и др. Микромеханические испытания режущих инструментов. Информационный листок N 313 - 83 Хабаровского ЦНТИ, 1983. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539116C1 (en) * 2013-10-24 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Method for comparative evaluation of materials based on ratio of total length of pendulum scribing trace to length of rebound dimple
RU2543683C1 (en) * 2013-10-28 2015-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Method of comparative assessment of material properties by ratio of length of bounce hole to its width in indentor trade during pendulum scribing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lawn Indentation of ceramics with spheres: a century after Hertz
Bouzid et al. Effect of impact angle on glass surfaces eroded by sand blasting
Gant et al. New perspectives in hardmetal abrasion simulation
Hogmark et al. Tribological properties of thin hard coatings: demands and evaluation
Naveed et al. Influence of the erodent shape on the erosion behavior of ductile and brittle materials
Patnaik et al. Modeling and prediction of erosion response of glass reinforced polyester-flyash composites
RU2124715C1 (en) Method of estimation of properties of tool materials
Biswas et al. Subsurface behavior of ductile material by particle impacts and its influence on wear mechanism
Astruc et al. Wear assessments of prehistoric instruments
Field et al. Strength, fracture and erosion properties of CVD diamond
Gerard et al. Porosity and crack initiation during low cycle fatigue
Shen et al. Characterization of mar/scratch resistance of coatings with a Nano-indenter and a scanning probe microscope
Verdict et al. Finite element study of Lamb wave interactions with holes and through thickness defects in thin metal plates
Dundar et al. Solid particle erosion of α-brass with 5 and 25 μm particles at normal incidence
Datsiou et al. Evaluation of artificial ageing methods for glass
RU2117930C1 (en) Method evaluating quality of adhesion of coat with base
Kochanova et al. Environmental effect on sclerometric brittleness of ionic crystals
Hand et al. Liquid impact on toughened glasses
Zanoria et al. Effect of Incidence Angle on the Impact‐Wear Behavior of Silicon Nitride
Bronson et al. Analysis of the scribing technique for determining the corrosive wear of an Fe-21wt.% Cr-19wt.% Ni alloy
Bull Tribological and micro-tribological phenomena in coatings
Blau et al. Review of scratch test studies of abrasion mechanisms
Klünsner et al. Strength determination for rough substrate-coating interfaces with three-dimensional defect structure
Almond Indentation phenomena and the wear of surfaces and edges
Kosel Review of Scratch Test Studies of Abrasion JVIecJianisms