RU2422800C1 - Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools - Google Patents

Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools Download PDF

Info

Publication number
RU2422800C1
RU2422800C1 RU2010103288/28A RU2010103288A RU2422800C1 RU 2422800 C1 RU2422800 C1 RU 2422800C1 RU 2010103288/28 A RU2010103288/28 A RU 2010103288/28A RU 2010103288 A RU2010103288 A RU 2010103288A RU 2422800 C1 RU2422800 C1 RU 2422800C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbide
wear resistance
cutting tools
batch
hard alloy
Prior art date
Application number
RU2010103288/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Нестеренко (RU)
Владимир Петрович Нестеренко
Владислав Леонидович Бибик (RU)
Владислав Леонидович Бибик
Елена Владимировна Разумова (RU)
Елена Владимировна Разумова
Леонид Дмитриевич Копнов (RU)
Леонид Дмитриевич Копнов
Галина Дмитриевна Кучко (RU)
Галина Дмитриевна Кучко
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический 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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет"
Priority to RU2010103288/28A priority Critical patent/RU2422800C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2422800C1 publication Critical patent/RU2422800C1/en

Links

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: resource of trouble-free operation of given cutting tools depends on intensity of diffusion processes in zone of contact with machined material. Surface structure of hard alloys greatly influences a value and direction of the said destructive phenomenon. Prognosis and control of wear resistance of cutting tools are carried out with consideration of value of complex force coefficient and concentration of base active centres - pH obtained at crumbled hard alloy mass. The procedure is based on close correlation between surface properties of crumbled hard alloy mass: value of force coefficient and concentration of acid-base active centres -pH and wear resistance of hard alloy cutting tools. Wear resistance of hard alloy cutting tools of the said group increases, when pH of crumbled hard alloy mass decreases. ^ EFFECT: upgraded accuracy and reduction of labour input at prognosis of wear resistance of tungsten-titan-cobalt, of group of applicability P, of cutting tools. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.The invention relates to the field of metal cutting and can be used to predict - control the wear resistance of carbide cutting tools in their manufacture, use or certification.

Известен способ определения износостойкости твердых сплавов, заключающийся в том, что испытуемый материал помещают в переменное магнитное поле с напряженностью порядка 5 Э, измеряют магнитную проницаемость материала и по градировочному графику «магнитная проницаемость - стойкость», построенному для эталонного образца, определяют величину износостойкости материала [SU А.С. 268720, МПК G01N 3/58, БИ 1970, №14].A known method for determining the wear resistance of hard alloys is that the test material is placed in an alternating magnetic field with an intensity of the order of 5 Oe, the magnetic permeability of the material is measured, and the magnitude of the material’s wear resistance is determined from the magnetic permeability – resistance calibration chart constructed for the reference sample [ SU A.S. 268720, IPC G01N 3/58, BI 1970, No. 14].

Одним из недостатков известного способа является то, что при измерении не учитывается влияние массы и размагничивающего фактора изделий, имеющих часто различные формы и габаритные размеры, на величину магнитной проницаемости, что приводит к снижению точности измерений. Кроме того, эксплуатационная характеристика - износостойкость - контролируется данным способом посредством оценки физического состояния с помощью относительной магнитной проницаемости только в одной из компонент твердого сплава - кобальтовой связке. Это происходит потому, что карбид вольфрама - парамагнетик - и вклад его от намагниченности в общую относительную магнитную проницаемость небольшой. Поэтому с помощью данного способа производится, по существу, оценка относительной магнитной проницаемости кобальта, его количество и деформационное состояние. При этом совершенно не учитываются другие свойства поверхности и объема твердого сплава, в том числе когезионное и адгезионное состояние на границах фаз и в объеме компонентов твердого сплава и т.д. Вследствие рассмотренных причин этот способ отличается низкой точностью при оценке износостойкости твердых сплавов.One of the disadvantages of this method is that the measurement does not take into account the influence of the mass and demagnetizing factor of products, which often have different shapes and dimensions, on the magnetic permeability, which leads to a decrease in the accuracy of measurements. In addition, the operational characteristic - wear resistance - is controlled by this method by assessing the physical condition using relative magnetic permeability in only one of the components of the hard alloy - cobalt bond. This is because tungsten carbide is a paramagnet, and its contribution from magnetization to the total relative magnetic permeability is small. Therefore, using this method, essentially, the relative magnetic permeability of cobalt, its quantity and deformation state are evaluated. Moreover, other properties of the surface and volume of the hard alloy are not taken into account at all, including the cohesive and adhesive state at the phase boundaries and in the volume of the components of the hard alloy, etc. Due to the reasons considered, this method is characterized by low accuracy in assessing the wear resistance of hard alloys.

Известен способ контроля режущих свойств партии твердосплавных инструментов, согласно которому сначала воздействуют на каждый инструмент (твердосплавную пластинку) из партии, регистрируют параметр контроля, затем выборочно подвергают механическому износу несколько инструментов из партии и определяют режущие свойства инструментов всей партии. Воздействие на каждый инструмент осуществляют путем равномерно распределенного импульсного нагрева, регистрируют хронологическую термограмму, в качестве параметра контроля определяют коэффициент температуропроводности каждого инструмента по результатам выборочного механизма износа в зависимости от коэффициента температуропроводности, а режущие свойства инструментов всей партии определяют, используя полученную зависимость [SU А.С. 1651155, МПК G01N 3/58, БИ 1991 №19]. Выбранным исходным параметром в данном способе является величина температуропроводности. Основным недостатком данного способа является то, что очень трудно более или менее точно определить скорость распространения тепла в материалах, в которых носителями тепла являются свободные электроны. Твердые сплавы являются такими материалами, и теплопередача у них обеспечивается за счет движения электронов. Температуропроводность всех твердых сплавов отличается на незначительную величину. Поэтому очень сложно определить флуктуации (изменяющие износостойкость) температуропроводности для одной конкретной марки твердого сплава (они практически незаметны). Последнее сопряжено с большими техническими трудностями. Должное обеспечение в этой ситуации операций контроля точными - воздействующими, регистрирующими и вспомогательными приборами и устройствами, гарантирующими необходимую точность, повлечет за собой значительное повышение себестоимости контрольных операций. Вследствие этого данный способ контроля является мало перспективным для использования как в лабораторных, так и в производственных условиях.A known method of controlling the cutting properties of a batch of carbide tools, according to which first they act on each tool (carbide plate) from the batch, a control parameter is recorded, then several tools from the batch are selectively subjected to mechanical wear and the cutting properties of the tools of the entire batch are determined. The impact on each tool is carried out by uniformly distributed pulsed heating, a chronological thermogram is recorded, the thermal diffusivity of each instrument is determined as a control parameter by the results of a selective wear mechanism depending on the thermal diffusivity, and the cutting properties of the tools of the entire batch are determined using the obtained dependence [SU A. FROM. 1651155, IPC G01N 3/58, BI 1991 No. 19]. The selected initial parameter in this method is the thermal diffusivity. The main disadvantage of this method is that it is very difficult to more or less accurately determine the rate of heat propagation in materials in which free electrons are the heat carriers. Hard alloys are such materials, and their heat transfer is ensured by the movement of electrons. The thermal diffusivity of all hard alloys differs by an insignificant amount. Therefore, it is very difficult to determine the fluctuations (changing the wear resistance) of the thermal diffusivity for one particular grade of hard alloy (they are almost invisible). The latter is fraught with great technical difficulties. The proper provision in this situation of control operations with precise - acting, recording and auxiliary instruments and devices guaranteeing the necessary accuracy will entail a significant increase in the cost of control operations. As a result of this, this control method is not very promising for use in both laboratory and production conditions.

Известен способ прогнозирования износостойкости режущего инструмента, выбранный в качестве прототипа и заключающийся в следующем. Проводят эталонные испытания режущих инструментов при оптимальной или близкой к ней скорости резания, проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной полиоксидной структуры твердого сплава, сформированной в процессе его нагревания, строят эталонную корреляционную зависимость "исходный параметр - износостойкость", выполняют статистический контроль только величины исходного параметра для текущей партии твердосплавных режущих инструментов. После этого прогнозируют износостойкость для текущей партии инструментов на основании зависимости:A known method for predicting the wear resistance of a cutting tool, selected as a prototype and consisting in the following. Carry out benchmark tests of cutting tools at an optimal or close cutting speed, conduct tests to change the value of the initial parameter on the properties of the surface polyoxide structure of the hard alloy formed during its heating, build the reference correlation "initial parameter - wear resistance", perform statistical monitoring only initial parameter values for the current batch of carbide cutting tools. After that, wear resistance is predicted for the current batch of tools based on the relationship:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Т(текущее), мин - износостойкость в минутах - среднее прогнозируемое время безаварийной работы твердосплавных режущих инструментов, подвергающихся испытаниям, из текущей партии образцов;where T (current), min - wear resistance in minutes - the average predicted time of trouble-free operation of carbide cutting tools undergoing tests from the current batch of samples;

Т(эталонное), мин - средняя износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;T (reference), min - average wear resistance in minutes for carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;

τ(эталонное), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;τ (reference), ps - the average value of the selected initial parameter obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;

τ(текущее), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из текущей - контролируемой партии. В качестве исходного параметра при этом используют величину времени жизни позитронов, внедренных в поверхность и приповерхностные слои твердых сплавов и производящих оценку электронной плотности их структуры. По величине электронной плотности прогнозируют износостойкость изготовленных режущих инструментов. [SU А.С. 2251095, МПК G01N 3/58, БИ 2005 №12]. Основным недостатком данного способа является высокая организационная сложность в его осуществлении. Для реализации этого способа необходим радиоактивный источник. В соответствии с нормами для его обслуживания существуют высокие требования. Необходимо иметь специальное помещение для его хранения. Измерение соответствующих параметров и обработку полученных результатов может производить только специально подготовленный и обученный персонал. С помощью данного способа производится оценка структуры на атомном уровне и не всегда сопоставление данных результатов с результатами, получаемыми по износостойкости, приводит к точному прогнозу. Данный способ позволяет проводить разбраковку - прогнозировать износостойкость твердых сплавов близких по виду и степени дефектности структуры. Сравнение структур, сильно различающихся по виду и степени дефектности, дает достаточно заметные погрешности в прогнозе износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Вследствие этого данный способ прогнозирования износостойкости не совсем точно характеризует эксплуатационные свойства, предопределяемые степенью дефектности структуры, что в итоге снижает степень тесноты корреляционной связи между исходным параметром и износостойкостью режущих инструментов. Тем не менее, данный способ контроля информативно отражает эксплуатационное состояние поверхностной структуры инструментального материала, что важно для установления связи между данной характеристикой и адгезионным износом, в большой степени зависящим от вида и степени дефектности поверхностного слоя, и мы выбираем его в качестве прототипа.τ (current), ps - the average value of the selected initial parameter obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from the current - controlled batch. In this case, the value of the positron lifetime embedded in the surface and near-surface layers of hard alloys and estimating the electron density of their structure is used as the initial parameter. The magnitude of the electron density predict the wear resistance of manufactured cutting tools. [SU A.S. 2251095, IPC G01N 3/58, BI 2005 No. 12]. The main disadvantage of this method is the high organizational complexity in its implementation. To implement this method, a radioactive source is required. In accordance with the standards for its maintenance, there are high requirements. It is necessary to have a special room for its storage. Measurement of the relevant parameters and processing of the results obtained can only be done by specially trained and trained personnel. Using this method, the structure is evaluated at the atomic level and the results are not always compared with the results obtained by wear resistance, leading to an accurate forecast. This method allows you to sort out - to predict the wear resistance of hard alloys similar in appearance and degree of defective structure. Comparison of structures that differ greatly in appearance and degree of defectiveness gives quite noticeable errors in the forecast of wear resistance of carbide cutting tools. As a result, this method for predicting wear resistance does not quite accurately characterize the operational properties determined by the degree of defective structure, which ultimately reduces the degree of tightness of the correlation between the initial parameter and the wear resistance of cutting tools. Nevertheless, this control method informatively reflects the operational state of the surface structure of the tool material, which is important for establishing a relationship between this characteristic and adhesive wear, which largely depends on the type and degree of imperfection of the surface layer, and we choose it as a prototype.

Задачей предлагаемого способа - прогнозирования износостойкости твердосплавных вольфрам - титан - кобальтовой, группы применяемости Р, режущих инструментов - является повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование основано на тесной корреляционной зависимости между износостойкостью и показателем кислотно-основных свойств - рН у поверхностной измельченной структуры твердых сплавов группы применяемости Р. С уменьшением комплексного показателя кислотно-основных свойств у измельченной поверхностной структуры - рН износостойкость твердосплавных (группа Р) режущих инструментов (режущих пластинок) при резании ими сталей и сплавов возрастает.The objective of the proposed method is predicting the wear resistance of carbide tungsten - titanium - cobalt, applicability group P, cutting tools - is to increase accuracy and reduce the complexity when predicting the wear resistance of carbide cutting tools. Prediction is based on a close correlation between wear resistance and acid-base properties — pH of the surface milled structure of hard alloys of the usability group R. With a decrease in the complex indicator of acid-base properties of the milled surface structure — the pH is the wear resistance of carbide (group P) cutting tools (cutting plates) when they cut steels and alloys increases.

Поставленная задача при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р в предлагаемом способе решается путем использования выбранного исходного параметра и включает: проведение эталонных статистических испытаний на износостойкость в процессе резания машиностроительных материалов на металлорежущем станке, измерение - контроль исходного параметра, построение корреляционной - эталонной зависимости «износостойкость - исходный параметр» и последующий статистический контроль исключительно только величины исходного параметра у текущей контролируемой партии твердосплавных режущих инструментов (или отдельных инструментов) на основании зависимости:The task in predicting the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group P in the proposed method is solved by using the selected initial parameter and includes: conducting statistical tests of wear resistance in the process of cutting machine-building materials on a metal-cutting machine, measurement - monitoring of the initial parameter, building a correlation - reference dependence " wear resistance - initial parameter ”and subsequent statistical control exclusively o only the value of the initial parameter of the current controlled batch of carbide cutting tools (or individual tools) based on the relationship:

Figure 00000002
Figure 00000002

где аЭ и вЭ - постоянные коэффициенты:where a E and in E are constant coefficients:

Figure 00000003
,
Figure 00000004
Figure 00000003
,
Figure 00000004

где Тпт (мин) - текущая юносостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов (пластин), подвергшихся испытаниям, из прогнозируемой текущей партии твердосплавной продукции;where T pt (min) is the current youth resistance in minutes for carbide cutting tools (inserts) that have been tested from the forecasted current batch of carbide products;

рНпт (б/в) - текущее значение (безразмерная величина) выбранного исходного параметра, полученное при контроле измельченной твердосплавной массы (структуры) из твердосплавных режущих инструментов (пластин), из текущей контролируемой партии твердосплавной продукции;pH pt (b / c) - the current value (dimensionless value) of the selected initial parameter obtained when controlling the crushed carbide mass (structure) from carbide cutting tools (plates) from the current controlled batch of carbide products;

Figure 00000005
(мин) - износостойкость в минутах для двух выборок сменных твердосплавных режущих инструментов (пластин) из эталонной партии твердосплавной продукции;
Figure 00000005
(min) - wear resistance in minutes for two samples of interchangeable carbide cutting tools (inserts) from the reference batch of carbide products;

pHэ1 и pHэ2 (б/в) - безразмерные величины выбранного исходного параметра, полученные при контроле измельченной твердосплавной массы из двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов (пластин), из эталонной партии принимаемой (отправляемой) продукции, отличающийся тем, что с целью повышения точности прогнозирования износостойкости в качестве исходного параметра используют величину комплексного показателя силы и концентрации кислотно-основных активных центров у поверхностной измельченной твердосплавной массы (структуры) режущих инструментов (пластин) - рН, с уменьшением которого износостойкость возрастает.pH e1 and pH e2 (b / c) are the dimensionless values of the selected initial parameter obtained by monitoring the crushed carbide mass from two samples of carbide cutting tools (plates) from a reference batch of received (sent) products, characterized in that in order to increase the accuracy of predicting wear resistance as an initial parameter, use the value of a complex indicator of the strength and concentration of acid-base active centers in the surface ground carbide mass (structure) tools (plates) - pH, with a decrease in which the wear resistance increases.

Поверхностная и приповерхностная структура твердосплавного режущего инструмента, образующаяся при изготовлении (спекании) твердого сплава, оказывает большое влияние на его износостойкость. Одним из важнейших свойств поверхностной структуры твердых сплавов, определяющим важнейшие физико-химические и эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов, является комплексный показатель концентрации и силы активных центров (степень кислотности или основности). Поверхностная структура твердосплавных, группы применяемости Р, режущих инструментов имеет, преимущественно активные центры кислотного типа, которые создает, в основном, карбид титана. При участии в химических реакциях с другими объектами (обрабатываемый материал, окружающая газовая среда и т.д.), кислотные активные центры, принадлежащие поверхности, являются эффективными акцепторами электронов и донорами протонов. Вид активных центров и степень их кислотности или основности (зависящая в том числе от насыщенности структуры вакансиями или примесными атомами и т.д) значительным образом оказывает влияние на химическую активность поверхностных атомов твердосплавной структуры по отношению к атомам и молекулам окружающей газовой среды. С ростом в твердосплавной структуре концентрации кислотных активных центров с низкой электронной плотностью интенсивность взаимодействия поверхности с атомами кислорода снижается, а с атомами водорода возрастает. Адсорбция рабочей поверхностью твердых сплавов в процессе их эксплуатации молекул воды приводит к разложению ее на протоны и гидроксильные группы. Ионы водорода при взаимодействии с карбидом титана образуют гидриды титана. Гидраксильные группы предварительно диссоцируют на атомы кислорода и водорода, встраиваются в кристаллическую решетку карбида титана и образуют твердые растворы. Водород при относительно низких температурах отдает электрон и легко ионизируется, образуя карбогидриды и гидриды титана. Кислород только при более высоких температурах замещает в карбидном соединении атомы углерода и образует поверхностную оксикарбогидридную структуру титана, имеющую высокие теплоизолирующие свойства. Интенсивность захвата электронов активным центром, созданным атомами титана и углерода, и образование гидрида, карбогидрида или оксикарбогидрида титана зависит от стехиометрического состава карбидных зерен, вида и степени дефектности кристаллической решетки карбида титана, от уровня химического взаимодействия между титаном и углеродом и характера гибридизации установившихся связей. При высокой концентрации в составе твердого сплава карбидных соединений нестехиометрического состава, имеющих повышенную электронную плотность и низкую вероятность захвата электронов с целью образования электронной пары, энергия, необходимая для разрушения имеющихся химических связей (металл-углерод) и образования новых (металл-водород), в первую очередь в области сосредоточения активных центров, является относительно высокой. У образующихся карбогидридов титана углерод находится в двухвалентном состоянии. При высокой концентрации в составе твердого сплава карбидных соединений стехиометрического состава, имеющих пониженную электронную плотность и высокую вероятность захвата электронов, энергия, необходимая для разрушения имеющихся химических связей и образования новых в области сосредоточения активных центров, является относительно низкой. В этом случае в процессе реакций карбида титана с водородом образуются карбогидридные соединения титана, у которых углерод находится в четырехвалентном состоянии. Соединения карбогидридов титана с четырехвалентным углеродом имеют преимущественно гексагональное кристаллографическое строение. Причем основная базисная плоскость располагается параллельно поверхностной плоскости, образуя слоистую конструкцию. Межслойное пространство является эффективной областью для диссипации тепловой энергии и снижения ее напряженности в результате уменьшения концентрационных градиентов. Вследствие этого поверхностная и приповерхностная структура твердосплавных группы применяемости Р режущих инструментов является эффективным барьером против диффузии и распространения тепла, что способствует снижению высокотемпературного износа. Поверхность твердого сплава тем в большей степени будет трансформироваться при первоначальном насыщении ее водородом и при последующем окислении за счет атмосферного кислорода в благоприятную для приобретения теплоизоляционных свойств структуру, чем в большей степени она являлась изначально твердой кислотой. Концентрация и сила кислотных и основных центров на поверхности и в приповерхностных слоях твердых сплавов зависит от состава шихты, из которой изготавливают твердые сплавы, от степени механического воздействия на порошок карбида титана при размоле, от уровня насыщения карбида титана углеродом, от температурных режимов спекания, среды спекания (вакуум, восстанавливающий газ) и т.д. На концентрацию состояний с повышенной или пониженной кислотностью или основностью (с повышенной или пониженной электронной плотностью в области расположения активных центров как на поверхности, так и в приповерхностных слоях твердых сплавов) оказывает влияние характер распределения карбидных зерен по фракциям, вид и уровень стехиометрии карбидных соединений (соединения с избытком или недостатком углерода или титана), степени взаимодействия между титаном и углеродом, характером и видом образования электронных связей, в том числе и гибридных, зависящих от наличия различных примесей, стабилизирующих, в свою очередь, кислотный или основной характер структуры твердого сплава.The surface and near-surface structure of a carbide cutting tool, which is formed during the manufacture (sintering) of a hard alloy, has a great influence on its wear resistance. One of the most important properties of the surface structure of hard alloys, which determines the most important physicochemical and operational characteristics of carbide cutting tools, is a comprehensive indicator of the concentration and strength of active centers (degree of acidity or basicity). The surface structure of carbide, the group of applicability P, cutting tools has mainly active centers of the acid type, which creates mainly titanium carbide. When involved in chemical reactions with other objects (processed material, gas environment, etc.), acid active sites belonging to the surface are effective electron acceptors and proton donors. The type of active sites and the degree of their acidity or basicity (which depends, among other things, on the saturation of the structure with vacancies or impurity atoms, etc.) significantly affects the chemical activity of surface atoms of the carbide structure with respect to atoms and molecules of the surrounding gas environment. With an increase in the concentration of acid active centers with a low electron density in the carbide structure, the intensity of interaction of the surface with oxygen atoms decreases, and with hydrogen atoms it increases. Adsorption of hard alloys by the working surface during their operation of water molecules leads to its decomposition into protons and hydroxyl groups. Hydrogen ions react with titanium carbide to form titanium hydrides. The hydroxyl groups are previously dissociated into oxygen and hydrogen atoms, are embedded in the crystal lattice of titanium carbide and form solid solutions. Hydrogen gives off an electron at relatively low temperatures and easily ionizes, forming titanium carbohydrides and hydrides. Oxygen only at higher temperatures replaces carbon atoms in the carbide compound and forms a titanium surface oxycarbohydride structure with high heat-insulating properties. The intensity of electron capture by an active center created by titanium and carbon atoms, and the formation of titanium hydride, carbohydride or oxycarbohydride depends on the stoichiometric composition of carbide grains, the type and degree of imperfection of the titanium carbide crystal lattice, the level of chemical interaction between titanium and carbon, and the nature of hybridization of the established bonds. At a high concentration of non-stoichiometric carbide compounds in the hard alloy composition, which have an increased electron density and a low probability of electron capture in order to form an electron pair, the energy required to break existing chemical bonds (metal-carbon) and form new ones (metal-hydrogen), primarily in the field of concentration of active centers, is relatively high. In the resulting titanium carbohydrides, carbon is in a divalent state. At a high concentration of stoichiometric carbide compounds in the hard alloy composition having a low electron density and a high probability of electron capture, the energy required to break down existing chemical bonds and form new active centers in the concentration region is relatively low. In this case, during the reactions of titanium carbide with hydrogen, titanium carbohydride compounds are formed in which carbon is in the tetravalent state. The compounds of titanium carbohydrides with tetravalent carbon have a predominantly hexagonal crystallographic structure. Moreover, the main base plane is parallel to the surface plane, forming a layered structure. The interlayer space is an effective area for the dissipation of thermal energy and reduce its tension as a result of a decrease in concentration gradients. As a result, the surface and near-surface structure of carbide group of applicability P of cutting tools is an effective barrier against diffusion and heat propagation, which helps to reduce high-temperature wear. The surface of the hard alloy will be transformed to a greater extent upon initial saturation with hydrogen and subsequent oxidation due to atmospheric oxygen into a structure favorable for the acquisition of heat-insulating properties, the more it was initially solid acid. The concentration and strength of acidic and basic centers on the surface and in the surface layers of hard alloys depends on the composition of the charge from which hard alloys are made, on the degree of mechanical action on titanium carbide powder during grinding, on the level of saturation of titanium carbide with carbon, on the temperature conditions of sintering, on the medium sintering (vacuum, reducing gas), etc. The concentration of states with increased or decreased acidity or basicity (with increased or decreased electron density in the region where active centers are located both on the surface and in the surface layers of hard alloys) is influenced by the nature of the distribution of carbide grains over fractions, the type and level of stoichiometry of carbide compounds ( compounds with excess or deficiency of carbon or titanium), the degree of interaction between titanium and carbon, the nature and type of formation of electronic bonds, including gy bridged, depending on the presence of various impurities, stabilizing, in turn, the acidic or basic nature of the structure of the hard alloy.

На эффективную степень кислотности или основности активных центров влияет характер их распределения на поверхности и в объеме твердого сплава. При одной и той же концентрации различных активных центров на поверхности и в объеме, но при различных их размещениях результирующая кислотность или основность будут сильно различаться. Это приводит, в свою очередь к неравномерному размещению атомов водорода в карбидных зернах и, соответственно, в межплоскостном пространстве. Последнее является причиной снижения прочности химической связи между титаном, углеродом и водородом как в базисных плоскостях, так и между отдельными слоями. Не оптимальный характер размещения активных центров приводит также к снижению эффективности формирования оксикарбогидридного теплозащитного слоя в процессе эксплуатации твердосплавных режущих инструментов. Осуществлять регулирование уровня концентрации активных центров и их распределение по силе в приповерхностной структуре твердого сплава возможно, в том числе, за счет введения в шихту легирующих элементов, усиливающих или ослабляющих степень кислотности или основности активных центров, менее или более активных по отношению как к кислороду, так и к водороду. В результате целенаправленного легирования может повыситься уровень кислотности приповерхностной структуры. Последнее приведет к увеличению ее активности по отношению к элементам - акцепторам электронов, усилению адсорбции отрицательно заряженных анионов - гидраксильных групп, к диссоциации их на атомы и к насыщению приповерхностной области водородом, образующим с титаном и углеродом твердые растворы. Вследствие охлаждения твердых сплавов после спекания в водородной среде происходит частичный распад твердых растворов, и в приповерхностной области формируется слоистая структура с чередованием отдельных слоев с повышенным и пониженным содержанием водорода. В результате формирования у твердого сплава поверхностной и приповерхностной структуры с высокой концентрацией акцепторных центров степень окисляемости поверхности снижается. Взаимодействие с кислородом при высоких температурах сопровождается только частичным окислением поверхностных слоев и формированием стабильной структуры. На поверхности и в приповерхностной области образуется комплекс упорядоченных оксикарбидных слоистых образований, имеющих высокую плотность и высокую способность сопротивляться высокотемпературному - диффузионному износу. Повышение концентрации и силы кислотных центров (при увеличении в составе карбида титана) связано с формированием на поверхности и в приповерхностной области стехиометрических карбидов. Последние более эффективно взаимодействуют с водородом, что сопровождается формированием теплоизолирующих и противодиффузионных слоистых структур. Концентрация и сила кислотных активных центров в поверхностной структуре зависит от исходного состава твердых сплавов и условий их получения. Состояние с повышенной или пониженной концентрацией кислотных активных центров в структуре твердых сплавов возникает из-за различного состава и свойств исходных образцов из твердых сплавов, наличия в составе карбида титана, недостатка или избытка углерода в карбидных соединениях, степени дефектности кобальтовой компоненты вследствие особенностей протекания твердофазных реакций между карбидами вольфрама, титана и кобальтом на этапах приготовления компонентов и окончательного спекания композитов. При увеличении концентрации кислотных активных центров снижается интенсивность химического взаимодействия контактной поверхности твердосплавного режущего инструмента с атмосферными газовыми элементами и с обрабатываемым материалом и, соответственно, повышается его износостойкость.The effective degree of acidity or basicity of active centers is affected by the nature of their distribution on the surface and in the volume of the hard alloy. At the same concentration of different active centers on the surface and in volume, but at different locations, the resulting acidity or basicity will vary greatly. This, in turn, leads to an uneven distribution of hydrogen atoms in carbide grains and, accordingly, in interplanar space. The latter is the reason for the decrease in the strength of the chemical bond between titanium, carbon, and hydrogen both in the basal planes and between the individual layers. The non-optimal nature of the arrangement of active centers also leads to a decrease in the efficiency of the formation of the oxycarbohydride heat-protective layer during operation of carbide cutting tools. It is possible to control the level of concentration of active centers and their distribution in strength in the surface structure of a hard alloy, including by introducing alloying elements into the charge that enhance or weaken the degree of acidity or basicity of active centers that are less or more active with respect to oxygen, so to hydrogen. As a result of targeted doping, the acidity level of the surface structure may increase. The latter will lead to an increase in its activity with respect to elements - electron acceptors, to an increase in the adsorption of negatively charged anions - hydroxyl groups, to their dissociation into atoms and to saturation of the surface region with hydrogen, which forms solid solutions with titanium and carbon. Due to the cooling of hard alloys after sintering in a hydrogen medium, partial decomposition of solid solutions occurs, and a layered structure is formed in the surface region with alternating individual layers with a high and low hydrogen content. As a result of the formation of a surface and near-surface structure of a hard alloy with a high concentration of acceptor centers, the degree of oxidation of the surface decreases. The interaction with oxygen at high temperatures is accompanied only by partial oxidation of the surface layers and the formation of a stable structure. On the surface and in the near-surface region, a complex of ordered oxycarbide layered formations is formed, which have a high density and high ability to resist high-temperature - diffusion wear. An increase in the concentration and strength of acid centers (with an increase in the composition of titanium carbide) is associated with the formation of stoichiometric carbides on the surface and in the surface region. The latter interact more effectively with hydrogen, which is accompanied by the formation of heat-insulating and anti-diffusion layered structures. The concentration and strength of acidic active sites in the surface structure depends on the initial composition of the hard alloys and the conditions for their preparation. A state with an increased or decreased concentration of acid active centers in the structure of hard alloys arises due to the different composition and properties of the initial samples from hard alloys, the presence of titanium carbide in the composition, carbon deficiency or excess in carbide compounds, and the degree of defect of the cobalt component due to the characteristics of solid-state reactions between tungsten, titanium and cobalt carbides at the stages of preparation of components and final sintering of composites. With an increase in the concentration of acidic active centers, the intensity of the chemical interaction of the contact surface of the carbide cutting tool with atmospheric gas elements and the material being processed decreases and, accordingly, its wear resistance increases.

Процесс регулирования концентрации активных центров в поверхностной структуре можно осуществлять, прежде всего, за счет легирования состава твердых сплавов донорными или акцепторными примесями или иными элементами, оказывающими влияние на формирование структуры с повышенной или пониженной кислотностью (с пониженной или повышенной электронной плотностью в локальных точках). В результате повышения уровня кислотности поверхности и снижения ее активности по отношению к кислороду уровень диффузионного взаимодействия трущихся поверхностей в зоне контакта будет уменьшаться вследствие образования плотной и теплостойкой приповерхностной структуры (на основе оксикарбогидридов титана) с достаточно высокими механическими свойствами. Повышение силы кислотных центров, принадлежащих поверхности твердого сплава, происходит в результате перераспределения электронной плотности в карбидном соединении и изменения соотношения во взаимодействии между атомами металла и углерода. Вследствие указанных причин насыщаемость поверхности твердого сплава атомами и молекулами окружающей газовой среды (в том числе кислородом), а также элементами обрабатываемого материала уменьшается и, соответственно, снижается активность разрыхляющих поверхность режущего инструмента твердофазных реакций, инициируемых высокотемпературным диффузионным износом. Разрушению поверхности препятствует также существенное снижение химического потенциала слоистой структуры. Из данного обстоятельства следует, что именно кислотный характер поверхности и, соответственно, достаточная концентрация на поверхности кислотных активных центров и их сила предопределяют формирование упорядоченной слоистой оксикарбогидридной приповерхностной структуры с достаточно высокими теплоизоляционным и жаропрочными свойствами. Такое строение поверхностной структуры приводит к снижению коэффициента трения, сил резания и, как следствие, снижению интенсивности диффузионного износа. Степень кислотности структуры поверхности тесным образом связана с электронной плотностью вещества и, соответственно, с его дефектностью. С переходом от дефектности, вызывающей повышение электронной плотности, к дефектности, которая приводит к снижению электронной плотности в локальных точках, кислотность локальных активных центров возрастает. Кислотность поверхности носит не сплошной характер. Кислотные активные области это центры с пониженной электронной плотностью, располагающиеся в локальных точках - центрах. Причем сила кислотных центров и место их дислокации (расположения) принимают определенный вероятностный закон своего распределения на поверхности, характерный для каждой конкретной структуры, сформированной на поверхности конкретного твердого сплава. Определенную степень кислотности структуры твердого сплава формируют также мелкие и крупные поры. С ростом их концентрации возрастает концентрация кислотных активных центров и их сила. Это приводит к росту общей поверхностной кислотности. Поверхность приобретает склонность к менее активному и более упорядоченному образованию соединений с атомами и молекулами окружающей газовой среды. Формируемая и регенерируемая за счет присутствия на поверхности активных кислотных центров поверхностная и приповерхностная структура является эффективным теплоизолирующим и противодифузионным экраном, что в итоге снижает износ и приводит к повышению износостойкости твердосплавного режущего инструмента, его эксплуатационной эффективности. Таким образом, чем ниже рН поверхностной структуры твердосплавного режущего инструмента (чем больше кислотность поверхности), тем ниже интенсивность взаимодействия поверхности с атомами и молекулами окружающей газовой среды и обрабатываемого материала, а следовательно и проявление диффузионного износа. Интегральный износ твердосплавного режущего инструмента при этом снижается, а эксплуатационные показатели возрастают. Кислотность поверхности увеличивается с повышением степени стехиометрии формирующихся карбидов, что, в свою очередь, предопределяется составом, строением и свойствами исходных компонентов. Изменять кислотно-основные свойства поверхностных твердых кислот или оснований (применительно к инструментальным материалам) можно также термической обработкой, облучением или путем легирования различными элементами, вызывающими у активных центров способность быть эффективными акцепторами или донорами электронов. На характер рН влияет химический состав карбидных зерен, вид химической связи между металлом и углеродом, дисперсность карбидных частиц, вид и степень дефектности карбидных соединений, температура и продолжительность спекания, условия спекания (вакуум, защитная атмосфера, продолжительность спекания и т.д.).The process of controlling the concentration of active centers in the surface structure can be carried out, first of all, by doping the composition of hard alloys with donor or acceptor impurities or other elements that affect the formation of a structure with increased or decreased acidity (with reduced or increased electron density at local points). As a result of increasing the surface acidity level and decreasing its activity with respect to oxygen, the level of diffusion interaction of rubbing surfaces in the contact zone will decrease due to the formation of a dense and heat-resistant surface structure (based on titanium oxycarbohydrides) with sufficiently high mechanical properties. An increase in the strength of acid centers belonging to the surface of a hard alloy occurs as a result of a redistribution of electron density in a carbide compound and a change in the ratio in the interaction between metal and carbon atoms. Due to these reasons, the saturation of the surface of the hard alloy with atoms and molecules of the surrounding gas environment (including oxygen), as well as with the elements of the material being processed, decreases and, accordingly, the activity of solid-phase reactions that break up the surface of the cutting tool, initiated by high-temperature diffusion wear, decreases. The destruction of the surface is also prevented by a significant decrease in the chemical potential of the layered structure. It follows from this circumstance that it is the acidic nature of the surface and, accordingly, the sufficient concentration of acidic active centers on the surface and their strength that determine the formation of an ordered layered hydroxyhydrohydride surface structure with sufficiently high heat-insulating and heat-resistant properties. Such a structure of the surface structure leads to a decrease in the coefficient of friction, cutting forces and, as a consequence, to a decrease in the intensity of diffusion wear. The degree of acidity of the surface structure is closely related to the electron density of the substance and, accordingly, to its defectiveness. With the transition from defectiveness, which causes an increase in electron density, to defectiveness, which leads to a decrease in electron density at local points, the acidity of local active centers increases. The acidity of the surface is not continuous. Acid active regions are centers with reduced electron density, located at local points - centers. Moreover, the strength of acid centers and the place of their dislocation (location) take a certain probabilistic law of their distribution on the surface, characteristic of each specific structure formed on the surface of a particular hard alloy. Small and large pores also form a certain degree of acidity in the structure of the hard alloy. With an increase in their concentration, the concentration of acidic active sites and their strength increase. This leads to an increase in total surface acidity. The surface acquires a tendency to less active and more ordered formation of compounds with atoms and molecules of the surrounding gas medium. The surface and surface structures formed and regenerated due to the presence of active acid sites on the surface are an effective heat-insulating and anti-diffusion screen, which ultimately reduces wear and increases the wear resistance of carbide cutting tools and their operational efficiency. Thus, the lower the pH of the surface structure of the carbide cutting tool (the greater the acidity of the surface), the lower the intensity of the interaction of the surface with atoms and molecules of the surrounding gas medium and the material being processed, and therefore the manifestation of diffusion wear. The integral wear of the carbide cutting tool is reduced, while operational performance is increased. The acidity of the surface increases with increasing degree of stoichiometry of the forming carbides, which, in turn, is determined by the composition, structure and properties of the starting components. It is also possible to change the acid-base properties of surface solid acids or bases (as applied to instrumental materials) by heat treatment, irradiation, or by doping with various elements, causing active centers to be effective electron acceptors or donors. The nature of the pH is affected by the chemical composition of carbide grains, the type of chemical bond between metal and carbon, the dispersion of carbide particles, the type and degree of imperfection of carbide compounds, the temperature and duration of sintering, sintering conditions (vacuum, protective atmosphere, duration of sintering, etc.).

Существенно важной особенностью предлагаемого способа является то, что в соответствии с его приемами без дополнительных затрат и технических трудностей представляется возможным проводить более объективную и точную оценку износостойкости вследствие оперативного анализа и сопоставления текущих контролируемых и эталонных параметров, полученных в широком диапазоне режимов резания. На свойства твердосплавных структур, образующихся при спекании твердых сплавов и трансформируемых в зоне контакта, значительное влияние оказывают защитные покрытия и различные поверхностные упрочнения, тем не менее, и в данном случае между износостойкостью и комплексным показателем кислотно-основных свойств поверхности твердых сплавов, как показали испытания, наблюдается также устойчивая корреляционная взаимосвязь.An essential feature of the proposed method is that, in accordance with its methods without additional costs and technical difficulties, it seems possible to conduct a more objective and accurate assessment of wear resistance due to operational analysis and comparison of current controlled and reference parameters obtained in a wide range of cutting conditions. The properties of carbide structures formed during sintering of hard alloys and transformed in the contact zone are significantly affected by protective coatings and various surface hardenings, however, in this case, between wear resistance and a complex indicator of acid-base surface properties of hard alloys, as tests have shown , there is also a stable correlation.

Реализация способа осуществляется последовательно, проходя несколько этапов. Сначала проводят эталонные испытания. Для этого производят достаточно представительную выборку твердосплавных (группа Р) режущих инструментов (режущих пластин) из имеющейся партии твердосплавной продукции и проводят испытания их на износостойкость в процессе резания на металлорежущем станке, как правило, стали, вызывающей интенсивный диффузионный износ. Резание проводят на оптимальной или близкой к ней скорости резания [См., например, RU 2168394 С2 7В23В 1/00 от 10.06.01. Бюл. №16]. Определяют величину износостойкости как продолжительность безотказной работы до заданного критерия затупления - фаски износа на задней поверхности (как правило, 0,2-0,8 мм). Затем испытанные в процессе резания твердосплавные режущие инструменты подвергают измельчению. После завершения операций измельчения производят отбор фракций с габаритными размерами до 1,0 мм. У полученной измельченной и отобранной порошковой массы измеряют комплексный показатель силы и концентрации кислотно-основных активных центров - рН. Измерения проводят на приборе - универсальном иономере мод. ЭВ-74. Для этого берут навеску приготовленной измельченной твердосплавной структуры массой 0,4 г и помещают в потенциометрическую ячейку с дистиллированной водой объемом 25 мл. Ее рН должна равняться 6,9-7,0 ед. Потенциометрическая ячейка оснащается магнитной мешалкой. В ячейке располагают также электроды: например, хлорид - серебряный ЭВЛ-1М3 и стеклянный ЭСЛ-43-07. Иономер соединен с компьютером, а непрерывно регистрируемые в ячейке данные электродвижущей силы (эдс) выводятся на дисплей. В итоге, при измерении получают зависимость рН раствора в ячейке от времени и концентрации адсорбируемых электродом протонов, образующихся в результате диссоциации молекул воды на протоны и гидроксильные группы. Диссоциация происходит на поверхности измельченной твердосплавной массы (структуры) и инициируется активными центрами. Концентрация образующихся протонов зависит от свойств поверхностной твердосплавной структуры у измельченных образцов. Величина эдс, а следовательно и рН зависят от концентрации протонов, адсорбируемых поверхностью полиоксидных порошков, и концентрации гидроксильных групп, остающихся в составе воды. Чем больше концентрация протонов адсорбируется полиоксидной поверхностью и чем больше в составе воды остается гидроксильных групп, тем меньше эдс и, соответственно, выше концентрация и сила кислотных активных центров в поверхностной полиоксидной массе и, наоборот.The implementation of the method is carried out sequentially, passing through several stages. First carry out benchmark tests. For this, a fairly representative sample of carbide (group P) cutting tools (cutting inserts) is made from an existing batch of carbide products and they are tested for their wear resistance during cutting on a metal cutting machine, usually steel, causing intense diffusion wear. The cutting is carried out at an optimum or close to the cutting speed [See, for example, RU 2168394 C2 7B23B 1/00 from 10.06.01. Bull. No. 16]. The amount of wear resistance is determined as the uptime for a specified blunting criterion - the wear facet on the back surface (usually 0.2-0.8 mm). Then, carbide cutting tools tested during the cutting process are subjected to grinding. After completion of the grinding operations, fractions with overall dimensions up to 1.0 mm are selected. The resulting crushed and selected powder mass is measured complex indicator of the strength and concentration of acid-base active centers - pH. Measurements are carried out on the device - a universal mode ionomer. EV-74. To do this, take a sample of the prepared crushed carbide structure weighing 0.4 g and place in a potentiometric cell with distilled water with a volume of 25 ml. Its pH should be 6.9-7.0 units. The potentiometric cell is equipped with a magnetic stirrer. Electrodes are also placed in the cell: for example, chloride - silver EVL-1M3 and glass ESL-43-07. The ionomer is connected to a computer, and the electromotive force (emf) data continuously recorded in the cell is displayed. As a result, when measuring, the dependence of the pH of the solution in the cell on time and the concentration of protons adsorbed by the electrode resulting from the dissociation of water molecules into protons and hydroxyl groups is obtained. Dissociation occurs on the surface of the crushed carbide mass (structure) and is initiated by active centers. The concentration of the resulting protons depends on the properties of the surface carbide structure of the ground samples. The magnitude of the emf, and hence the pH, depends on the concentration of protons adsorbed on the surface of the polyoxide powders and the concentration of hydroxyl groups remaining in the water. The higher the concentration of protons adsorbed by the polyoxide surface and the more hydroxyl groups remain in the water, the lower the emf and, correspondingly, the higher the concentration and strength of acidic active sites in the surface polyoxide mass and vice versa.

Анализ полиоксидной структуры длится от нескольких секунд до несколько минут (как правило 2-3 мин). Контроль рН (прогнозирование износостойкости твердосплавных режущих инструментов, режущих пластин) производится по выборке из поставляемой партии в количестве не менее 4-10 образцов. После этого строится график эталонной зависимости «износостойкость - величина комплексного показателя силы и концентрации кислотно-основных центров на поверхности измельченной твердосплавной массы (структуры) режущих инструментов (пластин) - рН». Данная, экспериментально полученная зависимость достаточно хорошо аппроксимируется линейной зависимостью с высокой степенью тесноты корреляционной связи:Analysis of the polyoxide structure lasts from a few seconds to several minutes (usually 2-3 minutes). PH control (predicting the wear resistance of carbide cutting tools, cutting inserts) is carried out according to a sample from the delivered batch in an amount of at least 4-10 samples. After that, a graph of the reference dependence “wear resistance - the value of a complex indicator of the strength and concentration of acid-base centers on the surface of the crushed carbide mass (structure) of cutting tools (plates) - pH” is built. This experimentally obtained dependence is rather well approximated by a linear dependence with a high degree of tightness of the correlation relationship:

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

где аЭ и вЭ - постоянные коэффициенты:where a E and in E are constant coefficients:

Figure 00000007
,
Figure 00000008
Figure 00000007
,
Figure 00000008

где Тэт (мин) - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов (пластин), подвергшихся испытаниям, из прогнозируемой эталонной партии образцов;where T et (min) is the current wear resistance in minutes for carbide cutting tools (inserts) that have been tested from the predicted reference batch of samples;

рНэт (б/в) - текущее значение (безразмерная величина) выбранного исходного параметра, полученное при контроле измельченной твердосплавной массы (структуры) из твердосплавных режущих инструментов (пластин) из эталонной (контролируемой партии);pH et (b / c) - the current value (dimensionless value) of the selected initial parameter obtained when controlling the crushed carbide mass (structure) from carbide cutting tools (inserts) from a reference (controlled batch);

Тэ1 и Тэ2 (мин) - износостойкость в минутах для двух выборок твердосплавных режущих инструментов (пластин) из эталонной партии твердосплавной продукции;Te 1 and Te 2 (min) - wear resistance in minutes for two samples of carbide cutting tools (inserts) from the reference batch of carbide products;

э1 и рHэ2 (б/в) - безразмерные величины выбранного исходного параметра, полученные при контроле измельченной твердосплавной массы из двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов (пластин) из эталонной партии принимаемой (отправляемой) продукции,pH The pH of A1 and A2 (b / a) - dimensionless quantities selected initial parameter obtained by monitoring the mass of crushed carbide of two samples carbide cutting tools samples (plates) from the reference batch received (sent) products,

Последующий контроль твердосплавных режущих инструментов текущей партии поставляемой продукции производится на основании измерения только выбранного исходного параметра, а именно: величины комплексного показателя силы и концентрации кислотно-основных центров у измельченной поверхностной твердосплавной массы (структуры) режущих инструментов (пластин) - рН. На основании полученной эталонной зависимости «износостойкость - рН» и формулы (1), приведенной выше, осуществляется прогноз износостойкости текущей партии твердосплавной продукции. Прогнозируемая износостойкость может быть выше или ниже полученной при эталонных испытаниях. С увеличением кислотности у измельченной поверхностной твердосплавной массы (повышения комплексного показателя силы и концентрации кислотных центров - рН) износостойкость возрастает.Subsequent control of carbide cutting tools of the current batch of delivered products is carried out on the basis of measuring only the selected initial parameter, namely: the value of the complex indicator of the strength and concentration of acid-base centers in the crushed surface carbide mass (structure) of cutting tools (plates) - pH. Based on the obtained reference dependence “wear resistance - pH” and formula (1) above, a wear resistance forecast for the current batch of carbide products is carried out. The predicted wear resistance may be higher or lower than that obtained from benchmark tests. With an increase in the acidity of the ground surface carbide mass (an increase in the complex index of strength and concentration of acid centers - pH), wear resistance increases.

Предлагаемый способ позволяет прогнозировать с высокой точностью износостойкость твердосплавных (группа Р) режущих инструментов при обработке сталей и сплавов, вызывающих интенсивный высокотемпературный диффузионный износ. Избирательность способа (контроль по доминирующему износу) существенно повышает его точность.The proposed method allows to predict with high accuracy the wear resistance of carbide (group P) cutting tools when machining steels and alloys that cause intense high-temperature diffusion wear. The selectivity of the method (control over the dominant wear) significantly increases its accuracy.

На чертеже представлена графическая корреляционная зависимость изменения величины износостойкости от величины рН.The drawing shows a graphical correlation dependence of the change in the value of wear resistance on the pH value.

Пример осуществления способа прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Сначала проводятся измерения на износостойкость сменных твердосплавных режущих пластин марки Т15К6, полученных из эталонной - предыдущей партии поставляемой продукции. В качестве обрабатываемого материала использовалась углеродистая сталь 55. Скорость резания при испытаниях выбиралась равной 180 м/мин. Подача и глубина резания были приняты соответственно 0,23 мм/об и 1,5 мм. Резание осуществлялось без охлаждения. За критерий затупления принимался износ режущей пластины по задней поверхности, равный 0,6 мм. Стойкость для образцов из 10 штук первой эталонной партии составила: 40,0; 40,5; 40,75; 41,5; 41,75; 42,0; 42,5; 43,0; 43,25; 44,0 мин. Среднее значение составило 41,925 мин. Стойкость для образцов из 10 штук второй эталонной партии составила: 36,5; 36,75; 37,25; 37,5; 38,0; 38,5; 39,0; 39,5; 40,0; 40,5 мин. Среднее значение составило 38,350 мин. Затем использованные твердосплавные пластины подвергаются измельчению и разделению на фракции. Для проведения измерений выбирается фракция с размерами менее 1,0 мм. После этого из порошка приготавливали навески массой 0,4 г, помещали их последовательно в ячейку иономера и производили измерение рН. Время измерения рН у измельченной массы, полученной из каждой режущей пластины, составляло 2 мин. Из измеренного, для каждого, образца массива данных определяли среднеарифметическое значение и брали его в качестве характеристики силы и концентрации кислотно-основных центров на поверхности измельченной твердосплавной структуры и, соответственно, за показатель износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Значения рН для первой партии образцов из 10 штук составило: 8,55; 8,50; 8,45; 8,40; 8,35; 8,30; 8,25; 8,20; 8,15; 8,10 ед. Среднее значение оказалось равным 8,325 ед. Значения рН для второй партии образцов из 10 штук составило: 9,00; 8,95; 8,90; 8,865; 8,80; 8,735; 8,675; 8,60; 8,55; 8,50 ед. Среднее значение оказалось равным 8,760 ед. По данным износостойкости твердосплавных режущих инструментов и величине рН на поверхности измельченной твердосплавной структуры образцов из эталонной партии образцов строили график эталонной, корреляционной зависимости «износостойкость - рН».An example of a method for predicting the wear resistance of carbide cutting tools. First, measurements are made on the wear resistance of replaceable carbide cutting inserts of the T15K6 brand, obtained from the reference - previous batch of delivered products. As the processed material, carbon steel 55 was used. The cutting speed during the tests was chosen equal to 180 m / min. The feed rate and depth of cut were respectively 0.23 mm / rev and 1.5 mm. Cutting was carried out without cooling. As a blunting criterion, the wear of the insert along the rear surface, equal to 0.6 mm, was taken. Resistance for samples of 10 pieces of the first reference batch was: 40.0; 40.5; 40.75; 41.5; 41.75; 42.0; 42.5; 43.0; 43.25; 44.0 minutes The average value was 41.925 minutes. Resistance for samples of 10 pieces of the second reference batch was: 36.5; 36.75; 37.25; 37.5; 38.0; 38.5; 39.0; 39.5; 40.0; 40.5 minutes The average value was 38.350 minutes. Then used carbide inserts are subjected to grinding and fractionation. For measurements, a fraction with sizes less than 1.0 mm is selected. After that, weights of 0.4 g were prepared from the powder, they were placed sequentially in the ionomer cell, and the pH was measured. The pH measurement time of the ground mass obtained from each insert was 2 minutes. The arithmetic mean value was determined from the measured, for each, sample of the data array and was taken as a characteristic of the strength and concentration of acid-base centers on the surface of the crushed carbide structure and, accordingly, as an indicator of the wear resistance of carbide cutting tools. The pH values for the first batch of samples of 10 pieces were: 8.55; 8.50; 8.45; 8.40; 8.35; 8.30; 8.25; 8.20; 8.15; 8.10 units The average value was 8.325 units. The pH values for the second batch of samples of 10 pieces amounted to: 9.00; 8.95; 8.90; 8.865; 8.80; 8,735; 8.675; 8.60; 8.55; 8.50 units The average value was equal to 8.760 units. According to the wear resistance of carbide cutting tools and the pH value on the surface of the crushed carbide structure of the samples from the reference batch of samples, we plotted the reference, correlation dependence "wear resistance - pH".

Для осуществления прогнозирования износостойкости у твердосплавных режущих пластин в последующей текущей, предназначенной для потребления партии образцов производят испытание только величины комплексного показателя концентрации и силы кислотно-основных центров на поверхности измельченной твердосплавной структуры - рН. У образцов из измельченной твердосплавной структуры, полученных из 10 твердосплавных режущих пластин рН составил: 8,75 8,65; 8,60; 8,455; 8,45; 8,40; 8,35; 8,30; 8,25; 8,20 ед. Среднее значение данной величины составило 8,44 ед. На основании среднего значения величины рН у измельченной структуры, полученной из твердосплавных режущих пластин марки Т15К6 (рН ср) текущей партии и формулы (1) находят Тпт (ср) - среднепрогнозируемое значение износостойкости твердосплавных режущих пластин из Т15К6 у текущей партии поставляемой продукции. В итоге прогнозируемое - текущее значение износостойкости из расчетов для контролируемой партии продукции составило в среднем 40,821 мин, чтоTo predict the wear resistance of carbide cutting inserts in the next current, intended for consumption batch of samples, only the value of the complex concentration index and the strength of acid-base centers on the surface of the crushed carbide structure is tested - pH. For samples of ground carbide structure obtained from 10 carbide cutting inserts, the pH was: 8.75 8.65; 8.60; 8.455; 8.45; 8.40; 8.35; 8.30; 8.25; 8.20 units The average value of this value was 8.44 units. Based on the average pH value of the crushed structure obtained from T15K6 carbide cutting inserts (pH cf) of the current batch and formula (1), Tpt (cf) is the average predicted wear resistance of T15K6 carbide cutting inserts for the current batch of delivered products. As a result, the predicted - the current value of wear resistance from calculations for a controlled batch of products amounted to an average of 40.821 min, which

примерно соответствует стойкости эталонной партии резцов. При осуществлении прогнозирования износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов отпадает необходимость в проведении дорогостоящих и трудоемких испытаний на износостойкость, проводимых на металлорежущих станках. Способ обладает высокой точностью прогноза. Это происходит вследствие тесной связи между свойствами твердых сплавов (износостойкостью), свойствами поверхностной твердосплавной структуры твердых сплавов и комплексным показателем концентрации и силы кислотно-основных активных центров в измельченной поверхностной твердосплавной структуре - рН. Вследствие сравнения данных прогноза износостойкости, полученных в соответствии с прототипом и по предлагаемому способу, а также в результате контрольных экспериментальных исследований износостойкости, выполненных в процессе резания углеродистой стали, выявлено, что результаты, полученные в соответствии с прототипом, отличаются от контрольных испытаний на 15-20%, в то время как результаты, полученные по предлагаемому способу отличаются лишь на 5-10%.approximately corresponds to the resistance of the reference batch of incisors. When predicting wear resistance for the current batch of carbide cutting tools, there is no need for expensive and time-consuming wear tests conducted on metal cutting machines. The method has a high forecast accuracy. This is due to the close relationship between the properties of hard alloys (wear resistance), the properties of the surface carbide structure of hard alloys and the complex indicator of the concentration and strength of acid-base active centers in the ground surface carbide structure — pH. Due to the comparison of the data on the forecast of wear resistance obtained in accordance with the prototype and the proposed method, as well as as a result of control experimental studies of wear resistance performed in the cutting of carbon steel, it was found that the results obtained in accordance with the prototype differ from the control tests by 15- 20%, while the results obtained by the proposed method differ only by 5-10%.

Таким образом, предлагаемый способ контроля - прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов может быть использован с достаточно высокой экономической эффективностью на предприятиях, изготавливающих и потребляющих твердосплавную продукцию.Thus, the proposed control method - predicting the wear resistance of carbide cutting tools can be used with sufficiently high economic efficiency in enterprises that manufacture and consume carbide products.

Claims (1)

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных (группа Р) режущих инструментов по выбранному исходному параметру, включающий проведение эталонных испытаний на износостойкость в процессе резания материалов при оптимальной или близкой к ней скорости резания, проведение испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной измельченной твердосплавной массы режущих инструментов (пластин), построение эталонной корреляционной зависимости «исходный параметр - износостойкость» для конкретных температур резания и нагревания, текущий статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, прогнозирование износостойкости для текущей партии инструментов на основании зависимости:
Figure 00000009

где аэ и вэ - постоянные коэффициенты:
Figure 00000010
Figure 00000011

из них
Тпт (мин) - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов (пластин), подвергшихся испытаниям, из прогнозируемой текущей партии образцов;
рНпт (б/в) - текущее значение (безразмерная величина) выбранного исходного параметра, полученное при контроле измельченной твердосплавной массы (структуры) из твердосплавных режущих инструментов (пластин) из текущей контролируемой партии;
Тэ1 и Тэ2 (мин) - износостойкость в минутах для двух выборок твердосплавных режущих инструментов (пластин) из эталонной партии твердосплавной продукции;
рНэ1 и рНэ2 (б/в) - безразмерные величины выбранного исходного параметра, полученные при контроле измельченной твердосплавной массы из двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов (пластин), из эталонной партии принимаемой (отправляемой) продукции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности прогнозирования износостойкости, в качестве исходного параметра используют величину комплексного показателя концентрации и силы кислотно-основных активных центров у измельченной поверхностной твердосплавной массы (структуры) - рН, с уменьшением которого износостойкость возрастает.
A method for predicting the wear resistance of carbide (group P) cutting tools according to the selected initial parameter, including carrying out benchmark wear tests in the process of cutting materials at an optimum or close cutting speed, testing to change the value of the initial parameter from the properties of the surface ground carbide mass of cutting tools ( plates), the construction of the reference correlation dependence "initial parameter - wear resistance" for specific temperatures anija and heating current statistical control only parameter values starting from the current batch of carbide cutting tools, wear forecast for the current batch of instruments based on the relationship:
Figure 00000009

where a e and in e are constant coefficients:
Figure 00000010
Figure 00000011

of them
T pt (min) - the current wear resistance in minutes for carbide cutting tools (inserts) that have been tested from the forecasted current batch of samples;
pH pt (b / c) - the current value (dimensionless value) of the selected initial parameter obtained by monitoring the crushed carbide mass (structure) from carbide cutting tools (inserts) from the current controlled batch;
Te 1 and Te 2 (min) - wear resistance in minutes for two samples of carbide cutting tools (inserts) from the reference batch of carbide products;
pHe 1 and pHe 2 (b / c) are the dimensionless values of the selected initial parameter obtained by controlling the crushed carbide mass from two samples of carbide cutting tools (plates) from a reference batch of received (sent) products, characterized in that, for the purpose of increase the accuracy of predicting wear resistance, as the initial parameter, use the value of a complex indicator of the concentration and strength of acid-base active centers in the crushed surface carbide mass (structure) - pH, with a decrease in which the wear resistance increases.
RU2010103288/28A 2010-02-01 2010-02-01 Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools RU2422800C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010103288/28A RU2422800C1 (en) 2010-02-01 2010-02-01 Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010103288/28A RU2422800C1 (en) 2010-02-01 2010-02-01 Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2422800C1 true RU2422800C1 (en) 2011-06-27

Family

ID=44739342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010103288/28A RU2422800C1 (en) 2010-02-01 2010-02-01 Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2422800C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534730C1 (en) * 2013-08-06 2014-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2540444C2 (en) * 2012-08-31 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Forecasting of carbide tool durability
RU2567019C1 (en) * 2014-06-05 2015-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2573451C1 (en) * 2014-07-22 2016-01-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Forecasting of carbide cutting tool wear resistance
RU2619801C1 (en) * 2016-04-26 2017-05-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Forecasting of carbide cutting tool wear resistance

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540444C2 (en) * 2012-08-31 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Forecasting of carbide tool durability
RU2534730C1 (en) * 2013-08-06 2014-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2567019C1 (en) * 2014-06-05 2015-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2573451C1 (en) * 2014-07-22 2016-01-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Forecasting of carbide cutting tool wear resistance
RU2619801C1 (en) * 2016-04-26 2017-05-18 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Forecasting of carbide cutting tool wear resistance

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2422800C1 (en) Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2370750C1 (en) Method of forecasting wear resistance of cemented-carbide cutting tool
McCabe et al. Quantitative analysis of deformation twinning in zirconium
RU2422801C1 (en) Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2358838C1 (en) Method of forecasting cemented-carbide tool wear resistance
RU2459192C1 (en) Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools
RU2365899C1 (en) Method of forecasting of wear resistance of carbide cutting tools
RU2459193C1 (en) Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools
RU2569920C1 (en) Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools
Sonderegger et al. Microstructural analysis on a creep resistant martensitic 9–12% Cr steel using the EBSD method
JP4823991B2 (en) Evaluation method for hydrogen embrittlement of thin steel sheet
Tuomisto et al. Irradiation‐induced defects in ZnO studied by positron annihilation spectroscopy
RU2518238C2 (en) Forecasting of carbide tool durability
RU2251095C1 (en) Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2540444C2 (en) Forecasting of carbide tool durability
RU2534730C1 (en) Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools
Kupka et al. Effect of hydrogen on room-temperature plasticity of B2 iron aluminides
RU2584275C1 (en) Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2356699C1 (en) Prediction method of wear resistance of hard-alloy cutting tool
RU2315972C1 (en) Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools
RU2541388C1 (en) Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2570340C1 (en) Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2591874C1 (en) Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2230630C1 (en) Method for determining optimal cutting speed
RU2374040C1 (en) Method for determination of optimal cutting speed

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120202