RU2422801C1 - 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 PDFInfo
- Publication number
- RU2422801C1 RU2422801C1 RU2010103293/28A RU2010103293A RU2422801C1 RU 2422801 C1 RU2422801 C1 RU 2422801C1 RU 2010103293/28 A RU2010103293/28 A RU 2010103293/28A RU 2010103293 A RU2010103293 A RU 2010103293A RU 2422801 C1 RU2422801 C1 RU 2422801C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear resistance
- carbide
- cutting tools
- batch
- value
- Prior art date
Links
Abstract
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 эрстед, измеряют магнитную проницаемость материала и по градуировочному 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 a strength of the order of 5 Oersteds, the magnetic permeability of the material is measured, and the magnitude of the material’s wear resistance is determined from the calibration graph “magnetic permeability - resistance” [ 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 value of magnetic permeability, which reduces the accuracy of the 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, according to the results of a selective wear mechanism depending on the thermal diffusivity, and the cutting properties of the instruments 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:
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 могут 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 он выбран 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 obtained results 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 to a large extent depends on the type and degree of imperfection of the surface layer, and it is selected as a prototype.
Задачей предлагаемого способа - прогнозирования износостойкости твердосплавных вольфрам-кобальтовых (группа К) 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 измельченной структуры непосредственно у твердых сплавов (группа К). С увеличением комплексного показателя кислотно-основных свойств измельченной структуры твердосплавного материала - рН - износостойкость режущих инструментов (режущих пластин) при резании ими сталей и сплавов возрастает.The objective of the proposed method is predicting the wear resistance of carbide tungsten-cobalt (group K) cutting tools is to increase accuracy and reduce the complexity in predicting the wear resistance of carbide cutting tools. Prediction is based on a close correlation between wear resistance and the acid-base properties of the crushed structure directly in hard alloys (group K). With an increase in the complex indicator of acid-base properties of the crushed structure of carbide material — pH — the wear resistance of cutting tools (cutting inserts) increases when they cut steels and alloys.
Поставленная задача при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К в предлагаемом способе решается путем использования выбранного исходного параметра и включает: 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 структуры, сформированной в процессе эксплуатации и изготовления твердосплавного режущего инструмента, построение эталонной - корреляционной - зависимости «исходный параметр - износостойкость», статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, прогнозирование износостойкости для текущей партии инструментов на основании зависимости:The task in predicting the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K in the proposed method is solved by using the selected initial parameter and includes: conducting standard tests of wear resistance 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 surface structure formed during the operation and manufacture of carbide cutting tools , The construction of the reference - correlation - according to "original parameter - the wear resistance of" 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:
где аЭ и вЭ - постоянные коэффициенты:where a E and in E are constant coefficients:
из них:of them:
ТПТ - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов, подвергшихся испытаниям, из прогнозируемой текущей партии твердосплавной продукции;T PT - the current wear resistance in minutes for carbide cutting tools that have been tested, from the projected current batch of carbide products;
рНПТ - текущее значение выбранного исходного параметра, полученное при контроле измельченной твердосплавной структуры из сменных режущих инструментов (пластин) из текущей (контролируемой) партии твердосплавной продукции;pH PT - the current value of the selected initial parameter obtained by monitoring the crushed carbide structure from replaceable cutting tools (plates) from the current (controlled) batch of carbide products;
pH1 и pH2 (б/в) - безразмерные величины выбранного исходного параметра, полученные при контроле измельченной твердосплавной структуры 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, определяемой на поверхности измельченной твердосплавной структуры - рН, с увеличением которого (с увеличением основности) износостойкость возрастает.pH 1 and pH 2 (b / c) are the dimensionless values of the selected initial parameter obtained by monitoring the crushed carbide structure 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, determined on the surface of the crushed carbide structure ur - pH, with an increase in which (with an increase in basicity), wear resistance increases.
Поверхностная структура твердосплавного режущего инструмента, формирующаяся в процессе изготовления твердого сплава, оказывает большое влияние на его износостойкость. Одной из важнейших характеристик поверхностной структуры, определяющей важнейшие физико-механические и эксплуатационные свойства твердосплавных режущих инструментов, является комплексный показатель концентрации и силы активных центров (степень основности или кислотности), формирующихся на поверхности. Поверхностная структура твердосплавных, группы применяемости К, режущих инструментов имеет преимущественно активные центры основного типа. При участии в химических реакциях с другими объектами основные активные центры, принадлежащие поверхности, являются эффективными донорами электронов и акцепторами протонов. Вид активных центров существенным образом оказывает влияние и на характер реакционной активности поверхности твердосплавной структуры по отношению к атомам и молекулам окружающей газовой среды. С ростом в поверхностной твердосплавной структуре концентрации основных активных центров, создающих высокую электронную плотность, интенсивность их взаимодействия с атомами кислорода возрастает. При этом они активно отдают свои валентные электроны и превращаются в ионы, которые в свою очередь могут захватывать протоны в случае адсорбции поверхностью молекул, например, воды и диссоциации этих молекул силовым полем поверхности на протоны и гидроксильные группы. Однако атомы чистого вольфрама и карбида вольфрама не образуют с водородом химических соединений. Вследствие этого водород на их поверхности находится только в состоянии физической адсорбции, и прочность его соединения с твердосплавной поверхностью достаточно низкая. Интенсивность отдачи электронов активным центром, созданным молекулой или кластером из карбида вольфрама, кислороду и образование оксикарбида или оксида вольфрама зависит от степени стехиометрии карбидных соединений, характера образования химических связей между вольфрамом и углеродом и вида их гибридизации. При высокой концентрации в составе твердого сплава карбидных соединений нестехиометрического состава, имеющих повышенную электронную плотность и низкую вероятность для передачи электронов, энергия, необходимая для разрушения химических связей и образования новых в области дислокации активных центров является относительно высокой. В процессе реакций образуются оксикарбидные соединения вольфрама, у которых углерод находится в двухвалентном состоянии. С уменьшением в составе твердых сплавов карбидных соединений нестехиометрического состава электронная плотность на поверхности снижается, способность отдавать электроны увеличивается, а энергия для образования новых химических связей в области активных центров снижается. У образующихся оксикарбидов вольфрама углерод имеет валентность четыре. Соединения оксидов и оксикарбидов вольфрама с четырехвалентным углеродом, выступающих в роли твердой смазки, имеют кристаллографическую решетку с большим количеством плоскостей легкого скольжения, что является благоприятным условием для снижения коэффициента трения в зоне контакта инструментального и обрабатываемого материалов. Последнее обстоятельство приводит к снижению износа режущего инструмента. Поверхность твердого сплава тем в большей степени будет трансформироваться при окислении в благоприятную для выполнения роли твердой смазки структуру, чем в большей степени она являлась изначально твердым основанием. Концентрация и сила основных и кислотных центров на поверхности и в приповерхностных слоях твердых сплавов зависит от состава шихты, из которой изготавливают твердые сплавы, от степени пластической деформации порошка вольфрама, карбида вольфрама и кобальта, получаемых при размоле, формы и степени насыщения углеродом вольфрамового порошка, от температурных режимов спекания, среды спекания (вакуум, восстанавливающий газ) и т.д. Состояния с повышенной или пониженной основностью или кислотностью (с пониженной или повышенной электронной плотностью в области расположения как на поверхности, так и в приповерхностных слоях активных центров) возникают вследствие значительной фракционной неоднородности порошков карбида вольфрама и, соответственно, из-за различной степени карбидизации зерен, из-за вида и уровня нестехиометрии карбидных соединений (соединения с избытком или недостатком углерода или вольфрама), вследствие неодинаковой силы взаимодействия между вольфрамом и углеродом, различного характера и формы электронных связей, в том числе и гибридных, образование которых зависит от наличия различных примесей. На эффективную степень основности или кислотности активных центров влияет характер их распределения на поверхности и в объеме твердых сплавов. При одной и той же концентрации различных активных центров на поверхности и в объеме, но при различных их взаимных размещениях результирующая основность или кислотность могут сильно различаться. Это приводит, в свою очередь, к процессам неравномерного окисления поверхности и образованию неоднородной оксидной пленки, в большей или в меньшей степени экранирующих адгезионные процессы. Регулировать уровень концентрации активных центров на поверхности твердых сплавов возможно также за счет введения в шихту различных легирующих элементов менее или более активных по отношению к углероду по сравнению с вольфрамом. При этом может снижаться или повышаться концентрация активных центров, имеющих донорную или акцепторную природу и, соответственно, пониженную или повышенную основность или кислотность. В результате формирования у твердого сплава поверхностной и приповерхностной структуры с высокой концентрацией основных центров степень окисляемости поверхности увеличивается, способность к адгезионному взаимодействию с поверхностью обрабатываемого материала уменьшается, а разрушающее действие этого вида износа снижается. При высокой концентрации кислотных активных центров усиливается взаимодействие атомов внутри поверхностной и объемной структуры твердых сплавов, а интенсивность образования оксидных пленок на поверхности твердосплавных режущих инструментов уменьшается. Защитные свойства оксидной пленки снижаются, а разрушительные проявления адгезионного износа увеличиваются. Изменение и перераспределение электронной плотности на поверхности, сопровождающееся снижением активности, например, кислотных (основных) центров и повышением активности основных (кислотных), достигается и в результате различной поверхностной обработки твердых сплавов. К их числу относятся: химико-термическая обработка, нанесение покрытий определенного состава, ионная имплантация, лазерная обработка, обработка мощными ионными и сильноточными электронными пучками и т.д. На итоговый результат роста основности или кислотности (характер и результат протекания химической реакции) поверхности и приповерхностной структуры твердого сплава оказывает влияние также характер взаимного размещения основных и кислотных центров. Если, например, в окрестности расположения данных основных активных центров структуры твердого сплава размещаются активные центры противоположного типа, то общая концентрация и сила основных центров уменьшается. Это приводит к снижению степени окисления поверхности и, соответственно, к увеличению интенсивности взаимодействия контактной поверхности твердосплавного режущего инструмента с обрабатываемым материалом. Вследствие этого происходит увеличение адгезионного износа. В результате повышения изначального уровня основности твердосплавной поверхности и, соответственно, ее окисляемости степень твердофазного взаимодействия трущихся поверхностей в зоне контакта будет снижаться из-за формирования эффективной оксидной пленки, со значительным множеством плоскостей легкого скольжения, и образования вследствие этого в зоне контакта локальных межмолекулярных соединений с менее прочной химической связью. При снижении уровня основности поверхности и снижении ее окисляемости степень твердофазного взаимодействия трущихся поверхностей в зоне контакта будет возрастать из-за отсутствия или дефицита эффективной оксидной структуры и образования вследствие этого в зоне контакта соединений с более прочной химической связью. Достаточное наличие окисленной структуры снижает прочность возникающих химических связей в зоне трибологического контакта поверхностей, а ее отсутствие - повышает. Формирование на поверхности твердых сплавов при их нагревании оксидной пленки с кристаллографической структурой, имеющей максимальное количество плоскостей легкого скольжения (эффект которого проявляется при ее деформировании), происходит, когда исходная поверхностная и приповерхностная структура твердого сплава имеет наибольшую концентрацию и силу основных центров - является в наибольшей степени твердым основанием. Высокая степень основности твердосплавной структуры определяется не только повышенной способностью ее к отдаче электронов в результате химических реакций (в первую очередь с атомами и молекулами кислорода), но и способностью принимать протоны. Повышенная способность быть акцептором протонов (принимать протоны) достигается структурой в результате легирования твердых сплавов элементами, активными по отношению к протонам. В итоге активность и сила основных центров значительно возрастает. В процессе резания труднообрабатываемых материалов твердосплавными, группы применяемости К, режущими инструментами, имеющими на поверхности и в приповерхностной зоне высокую концентрацию и силу основных центров, процесс окисления поверхности сопровождается образованием полиоксидной структуры, эффективно выполняющей роль твердой смазки, способствующей значительному снижению коэффициента трения и сил резания и, соответственно, создающей предпосылки к существенному повышению износостойкости. Концентрация и сила активных поверхностных центров зависит также от макрорельефа поверхности, наличия поверхностных дефектов в виде вакансий, комплекса вакансий и микротрещин. Наличие указанных дефектов на поверхности характерно для твердых сплавов группы применяемости К. Они, например, активизируют процессы взаимодействия поверхности с атомами и молекулами кислородной среды. Процесс протекания химического взаимодействия с кислородом, сопровождающийся передачей электронов, при этом значительно интенсифицируется. Наличие поверхностных дефектов и их регенерация в процессе эксплуатации твердосплавных режущих инструментов предопределяется составом, временем размола отдельных компонентов и смеси порошков, температурой и временем спекания и т.д. Степень основности поверхностной и приповерхностной структуры твердого сплава тесным образом связана как с его дефектностью, так и с его электронной плотностью. С увеличением степени вакансионной дефектности карбидной структуры электронная плотность и ее основность возрастают. Трансформация поверхностной твердосплавной структуры за счет адсорбции протонов (атомов внедрения) приводит к повышению поверхностной электронной плотности в локальных центрах и, соответственно, к повышению их основности. Основные локальные активные центры располагаются в некоторых определенных точках (например, пересечение и стыки атомных плоскостей, скопление атомов в узлах и т.д.), а основность поверхности вследствие этого приобретает не сплошной характер. Сила основных центров и место их дислокации (расположения) на поверхности принимает определенный вероятностный закон своего распределения, характерный для каждой конкретной твердосплавной структуры. В процессе эксплуатации твердосплавного режущего инструмента основные поверхностные активные центры могут регенерироваться за счет диффузии из глубинной структуры к поверхности различных примесей, которые за счет внедрения в карбидную кристаллическую решетку или за счет обменных процессов повышают электронную плотность внутри или вблизи активного центра.The surface structure of a carbide cutting tool, which is formed in the process of manufacturing a hard alloy, has a great influence on its wear resistance. One of the most important characteristics of the surface structure, which determines the most important physicomechanical and operational properties of carbide cutting tools, is a complex indicator of the concentration and strength of active centers (degree of basicity or acidity) formed on the surface. The surface structure of carbide, applicability groups K, cutting tools has mainly active centers of the main type. When involved in chemical reactions with other objects, the main active centers belonging to the surface are effective electron donors and proton acceptors. The appearance of the active centers significantly affects the nature of the reaction activity of the surface of the carbide structure with respect to the atoms and molecules of the surrounding gas environment. With an increase in the concentration of the main active centers creating a high electron density in the surface carbide structure, the intensity of their interaction with oxygen atoms increases. At the same time, they actively donate their valence electrons and turn into ions, which in turn can capture protons in the case of adsorption by the surface of molecules, for example, water and the dissociation of these molecules by the force field of the surface into protons and hydroxyl groups. However, atoms of pure tungsten and tungsten carbide do not form chemical compounds with hydrogen. As a result of this, hydrogen on their surface is only in a state of physical adsorption, and the strength of its connection with the carbide surface is quite low. The intensity of electron transfer by the active center created by a molecule or cluster of tungsten carbide to oxygen and the formation of oxycarbide or tungsten oxide depends on the degree of stoichiometry of carbide compounds, the nature of the formation of chemical bonds between tungsten and carbon, and the type of hybridization. With a high concentration of non-stoichiometric carbide compounds in the composition of the solid alloy, which have an increased electron density and a low probability for electron transfer, the energy required to break chemical bonds and form new active centers in the dislocation region is relatively high. In the course of reactions, oxycarbide compounds of tungsten are formed in which carbon is in a divalent state. With a decrease in the composition of hard alloys of carbide compounds of non-stoichiometric composition, the electron density on the surface decreases, the ability to donate electrons increases, and the energy for the formation of new chemical bonds in the region of active centers decreases. In the resulting tungsten oxycarbides, carbon has a valency of four. Compounds of tetravalent carbon oxides and oxycarbides, which act as solid lubricants, have a crystallographic lattice with a large number of easy slip planes, which is a favorable condition for reducing the friction coefficient in the contact zone of tool and work materials. The latter circumstance leads to a decrease in wear of the cutting tool. The surface of a hard alloy will be transformed to a greater extent during oxidation into a structure that is favorable for fulfilling the role of a solid lubricant, the more it was initially a solid base. The concentration and strength of the main and acid 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 plastic deformation of tungsten powder, tungsten carbide and cobalt obtained by grinding, the shape and degree of carbon saturation of tungsten powder, from temperature conditions of sintering, sintering medium (vacuum, reducing gas), etc. States with increased or decreased basicity or acidity (with reduced or increased electron density in the region of location both on the surface and in the surface layers of active centers) arise due to significant fractional heterogeneity of tungsten carbide powders and, accordingly, due to different degrees of grain carbidization, due to the type and level of non-stoichiometry of carbide compounds (compounds with excess or lack of carbon or tungsten), due to the unequal strength of the interaction between the vol Ram and carbon, various forms of electronic nature and bonds, including hybrid, whose formation depends on the presence of various impurities. The effective degree of basicity or acidity of active centers is affected by the nature of their distribution on the surface and in the volume of hard alloys. At the same concentration of different active centers on the surface and in the volume, but with different mutual arrangements, the resulting basicity or acidity can vary greatly. This, in turn, leads to processes of non-uniform oxidation of the surface and the formation of an inhomogeneous oxide film, to a greater or lesser extent screening adhesive processes. It is also possible to regulate the level of concentration of active centers on the surface of hard alloys by introducing into the charge various alloying elements less or more active with respect to carbon compared to tungsten. In this case, the concentration of active centers having a donor or acceptor nature and, correspondingly, lower or increased basicity or acidity can decrease or increase. As a result of the formation of a surface alloy and a surface structure with a high concentration of basic centers in a hard alloy, the degree of oxidizability of the surface increases, the ability to adhere to the surface of the processed material decreases, and the destructive effect of this type of wear decreases. At a high concentration of acidic active sites, the interaction of atoms inside the surface and bulk structures of hard alloys is enhanced, and the rate of formation of oxide films on the surface of carbide cutting tools decreases. The protective properties of the oxide film are reduced, and the destructive manifestations of adhesive wear increase. A change and redistribution of the electron density on the surface, accompanied by a decrease in the activity of, for example, acid (basic) centers and an increase in the activity of the main (acid) centers, is also achieved as a result of various surface treatments of hard alloys. These include: chemical-thermal treatment, coating of a certain composition, ion implantation, laser treatment, treatment with powerful ion and high-current electron beams, etc. The final result of the increase in basicity or acidity (the nature and result of a chemical reaction) of the surface and the surface structure of the hard alloy is also influenced by the nature of the mutual arrangement of the basic and acid centers. If, for example, active centers of the opposite type are located in the vicinity of the location of these main active centers of the hard alloy structure, then the total concentration and strength of the main centers decreases. This leads to a decrease in the degree of oxidation of the surface and, accordingly, to an increase in the intensity of interaction of the contact surface of the carbide cutting tool with the processed material. As a result, there is an increase in adhesive wear. As a result of the increase in the initial level of basicity of the carbide surface and, accordingly, its oxidizability, the degree of solid-phase interaction of rubbing surfaces in the contact zone will decrease due to the formation of an effective oxide film with a large number of easy slip planes, and the formation of local intermolecular compounds with less strong chemical bond. With a decrease in the level of basicity of the surface and a decrease in its oxidizability, the degree of solid-phase interaction of rubbing surfaces in the contact zone will increase due to the absence or deficiency of an effective oxide structure and the formation of compounds with a stronger chemical bond in the contact zone. A sufficient presence of an oxidized structure reduces the strength of the resulting chemical bonds in the area of tribological contact of the surfaces, and its absence increases. The formation on the surface of hard alloys when they are heated an oxide film with a crystallographic structure having the maximum number of easy slip planes (the effect of which is manifested when it is deformed), occurs when the initial surface and surface structure of the hard alloy has the highest concentration and strength of the main centers - is the largest degree solid base. The high degree of basicity of the carbide structure is determined not only by its increased ability to donate electrons as a result of chemical reactions (primarily with oxygen atoms and molecules), but also by the ability to accept protons. The increased ability to be an acceptor of protons (to accept protons) is achieved by the structure as a result of alloying hard alloys with elements active with respect to protons. As a result, the activity and strength of the main centers increases significantly. During the cutting of hard-to-work materials with carbide, applicability groups K, cutting tools that have a high concentration and strength of the main centers on the surface and in the near-surface zone, the surface oxidation process is accompanied by the formation of a polyoxide structure that effectively plays the role of a solid lubricant, which significantly reduces the friction coefficient and cutting forces and, accordingly, creating the prerequisites for a significant increase in wear resistance. The concentration and strength of active surface centers also depends on the macrorelief of the surface, the presence of surface defects in the form of vacancies, a complex of vacancies and microcracks. The presence of these defects on the surface is characteristic of hard alloys of the group of applicability K. They, for example, activate the processes of interaction of the surface with atoms and molecules of the oxygen medium. The process of chemical interaction with oxygen, accompanied by the transfer of electrons, is significantly intensified. The presence of surface defects and their regeneration during the operation of carbide cutting tools is determined by the composition, grinding time of individual components and a mixture of powders, temperature and sintering time, etc. The degree of basicity of the surface and near-surface structure of a hard alloy is closely related both to its imperfection and to its electron density. With an increase in the degree of vacancy defectiveness of the carbide structure, the electron density and its basicity increase. The transformation of the surface carbide structure due to the adsorption of protons (interstitial atoms) leads to an increase in the surface electron density in local centers and, accordingly, to an increase in their basicity. The main local active centers are located at some specific points (for example, the intersection and junctions of atomic planes, the accumulation of atoms in nodes, etc.), and the basicity of the surface therefore becomes not continuous. The strength of the main centers and the place of their dislocation (location) on the surface takes a certain probabilistic law of its distribution, which is characteristic of each concrete carbide structure. During the operation of a carbide cutting tool, the main surface active centers can be regenerated due to diffusion from the deep structure to the surface of various impurities, which, due to the incorporation into the carbide crystal lattice or due to exchange processes, increase the electron density inside or near the active center.
Непрерывно формируемая и регенерируемая, за счет активных основных центров, поверхностная структура подвергается активному окислению и образует на своей поверхности оксидные пленки (твердая кислота), являющиеся эффективной твердой смазкой в зонах контакта и препятствием для образования адгезионных соединений с обрабатываемым материалом, что в итоге снижает износ и приводит к повышению износостойкости твердосплавного режущего инструмента, его эксплуатационной эффективности. Таким образом, чем выше показатель рН поверхностной твердосплавной структуры у режущего инструмента (чем больше основность поверхности), тем выше интенсивность образования на поверхности оксидов с оптимальными свойствами (наличием у оксидных образований кристаллической решетки с максимальным числом плоскостей легкого скольжения), тем ниже уровень межфазного взаимодействия контактирующих тел и тем ниже износ твердосплавного режущего инструмента, а следовательно, выше его износостойкость. 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 и температур резания.The surface structure continuously formed and regenerated due to the active main centers undergoes active oxidation and forms oxide films (solid acid) on its surface, which are an effective solid lubricant in the contact zones and an obstacle to the formation of adhesive compounds with the processed material, which ultimately reduces wear and leads to increased wear resistance of carbide cutting tools, its operational efficiency. Thus, the higher the pH of the surface carbide structure of the cutting tool (the greater the basicity of the surface), the higher the rate of formation of oxides with optimal properties on the surface (the presence of a crystal lattice with the maximum number of easy slip planes), the lower the level of interfacial interaction contacting bodies and the lower the wear of carbide cutting tools, and therefore, the higher its wear resistance. A significant 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 the operational analysis and comparison of current controlled and reference parameters obtained in a wide range of cutting conditions and cutting temperatures.
На свойства полиоксидных пленок, образующихся в зоне контакта при резании, значительное влияние оказывают защитные покрытия и различные поверхностные упрочнения, тем не менее, и в данном случае между износостойкостью режущих инструментов и основностью поверхностной структуры твердых сплавов, как показали испытания, наблюдается также устойчивая корреляционная взаимосвязь.The properties of the polyoxide films formed in the contact zone during cutting are significantly affected by protective coatings and various surface hardenings, however, in this case, as the tests showed, a stable correlation relationship is also observed between the wear resistance of cutting tools and the basicity of the surface structure of hard alloys .
Реализация способа осуществляется последовательно, проходя несколько этапов. Сначала проводят эталонные испытания. Для этого производят достаточно представительную выборку твердосплавных (группа К) 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 адгезионный износ. Резание проводят на оптимальной или близкой к ней скорости резания [См., например, RU 2168394 С2 7 В23В 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. Затем у полученной измельченной 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-1МЗ и стеклянный ЭСЛ-43-07. Иономер соединен с компьютером, а непрерывно регистрируемые в ячейке данные электродвижущей силы (эдс) выводятся на дисплей.The implementation of the method is carried out sequentially, passing through several stages. First carry out benchmark tests. To do this, a fairly representative sample of carbide (group K) 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 adhesive wear. Cutting is carried out at an optimum or close to cutting speed [See, for example, RU 2168394 C2 7 V23B 1/00 of 06/10/01. 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. Then, a complex indicator of the strength and concentration of acid-base active centers, pH, is measured on the obtained ground powder mass. Measurements are carried out on the device - a universal ionomer of the EV-74 modes. To do this, take a sample of prepared crushed carbide structure weighing 0.4 g and placed in a potentiometric cell with distilled water, 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-1MZ 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.
В итоге при измерении получают зависимость рН раствора в ячейке от времени - продолжительности адсорбции протонов (образующихся в результате диссоциации молекул воды на протоны и гидраксильные группы) электродом. Диссоциация воды на протоны и гидраксильные группы происходит на поверхности твердосплавной измельченной структуры и инициируется активными центрами данной структуры. Концентрация образующихся протонов зависит от концентрации и силы основных центров на поверхности измельченной твердосплавной структуры. Величина эдс, а следовательно, и рН зависят от концентрации протонов, адсорбируемых поверхностью измельченной твердосплавной структуры и концентрацией гидраксильных групп, остающихся в составе воды. Чем больше концентрация гидраксильных групп адсорбируется поверхностью измельченной твердосплавной структуры и чем больше в состав воды переходит протонов, тем больше эдс и, соответственно, выше концентрация и сила основных активных центров в измельченной поверхностной твердосплавной структуре, и наоборот.As a result, when measuring, the dependence of the pH of the solution in the cell on time is obtained - the duration of proton adsorption (formed as a result of dissociation of water molecules into protons and hydroxyl groups) by the electrode. The dissociation of water into protons and hydroxyl groups occurs on the surface of the carbide ground structure and is initiated by the active centers of this structure. The concentration of the formed protons depends on the concentration and strength of the main centers on the surface of the crushed carbide structure. The magnitude of the emf and, consequently, the pH depend on the concentration of protons adsorbed by the surface of the crushed carbide structure and the concentration of hydroxyl groups remaining in the water. The higher the concentration of hydroxyl groups is adsorbed by the surface of the crushed carbide structure and the more protons become part of the water, the greater the emf and, accordingly, the higher the concentration and strength of the main active centers in the crushed surface carbide structure, and vice versa.
Измерение - анализ поверхности измельченной твердосплавной структуры - длится от нескольких секунд до несколько минут (как правило, 2-3 мин). Контроль рН (прогнозирование износостойкости твердосплавных режущих инструментов режущих пластинок) 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 - рН». Данная экспериментально полученная зависимость достаточно хорошо аппроксимируется с высокой степенью тесноты корреляционной связи линейной зависимостью:Measurement - analysis of the surface of the crushed carbide structure - lasts from a few seconds to several minutes (usually 2-3 minutes). PH control (predicting the wear resistance of carbide cutting tools of 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 - pH” is built. This experimentally obtained dependence is quite well approximated with a high degree of tightness of the correlation relationship by a linear dependence:
где аЭ и вЭ - постоянные коэффициенты:where a E and in E are constant coefficients:
из них:of them:
Тэт (мин) - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов, подвергшихся испытаниям, из прогнозируемой эталонной партии образцов;Tet (min) - current wear resistance in minutes for tested carbide cutting tools from the predicted reference batch of samples;
рНэт (б/в) - текущее значение (безразмерная величина) выбранного исходного параметра, полученное при контроле измельченной твердосплавной структуры (массы), полученной из сменных твердосплавных режущих пластин (резцов) из эталонной (контролируемой) партии;pHet (b / c) - the current value (dimensionless value) of the selected initial parameter obtained when controlling the crushed carbide structure (mass) obtained from interchangeable carbide cutting inserts (cutters) from a reference (controlled) batch;
pH1 и рН2 (б/в) - безразмерные величины выбранного исходного параметра для двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов, полученные при контроле измельченной твердосплавной структуры, из эталонной партии принимаемой (отправляемой) продукции.pH 1 and pH 2 (b / c) are the dimensionless values of the selected initial parameter for two samples of carbide cutting tool samples obtained from the control of the crushed carbide structure from the reference lot of the received (sent) product.
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 в измельченной поверхностной твердосплавной структуре - 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 основности измельченной твердосплавной поверхностной структуры (повышение 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 structure - 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 basicity of the crushed carbide surface structure (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, группы применяемости К, режущих инструментов при обработке сталей и сплавов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. Избирательность (направленность) данного способа - прогнозирование износостойкости твердосплавных режущих инструментов только группы применяемости К существенно повышает его точность.The proposed method allows to predict with high accuracy the wear resistance of carbide alloys, the applicability group K, cutting tools in the processing of steels and alloys that cause intense adhesive wear. The selectivity (focus) of this method is the prediction of the wear resistance of carbide cutting tools of only the applicability group K significantly increases its accuracy.
На чертеже представлена графическая корреляционная зависимость изменения величины износостойкости твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К от величины рН.The drawing shows a graphical correlation dependence of the change in the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K on the pH value.
Пример осуществления способа прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Сначала проводятся измерения на износостойкость твердосплавных режущих инструментов - сменных твердосплавных режущих пластин марки ВК8, полученных из эталонной (предыдущей) партии поставляемой продукции. В качестве обрабатываемого материала использовалась аустенитная сталь Х17Н13М2Т. Скорость резания при испытаниях выбиралась равной - 70 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: 30,0; 30,5; 31,0; 31,5; 32,0; 32,5; 33,0; 33,5; 34,0; 34,5 мин. Среднее значение составило 32,250 мин. Стойкость для образцов из 10 штук второй эталонной партии составила: 31,75; 32,75; 33,5; 33,75; 34,25; 34,5; 34,75; 35,0; 35,5; 36,0 мин. Среднее значение составило 34,175 мин. Затем использованные твердосплавные режущие пластины последовательно помещались на твердосплавную плиту и подвергались измельчению с применением твердосплавного молотка и другого типового слесарного оборудования и инструментов. Из образовавшейся твердосплавной порошковой структуры отбирали фракции с габаритными размерами до 1,0 мм, приготавливали навеску массой 0,4 г, помещали ее в ячейку (стакан) иономера, включали магнитную мешалку и производили измерение рН. Время измерения рН у твердосплавной измельченной порошкообразной структуры, полученной из каждой твердосплавной режущей пластины, составляло 2 мин. Измеренные характеристики концентрации и силы кислотно-основных активных центров на поверхности измельченной твердосплавной структуры - рН - сопоставляли со значением, полученным при резании стали Х17Н13М2Т износостойкостью твердосплавных режущих инструментов. Значения рН для первой партии образцов из 10 штук составило: 7,535; 7,60; 7,675; 7,75; 7,825; 7,90; 7,975; 8,05; 8,125; 8,2 ед. Среднее значение оказалось равным 7,860 ед. Значения рН для второй партии образцов из 10 штук составило: 7,8; 7,95; 8,035; 8,10; 8,15; 8,20; 8,225; 8,265; 8,335; 8,40 ед. Среднее значение оказалось равным 8,150 ед. По данным износостойкости твердосплавных режущих инструментов и величине рН для измельченной твердосплавной структуры из обеих выборок эталонной партии образцов строили график эталонной, корреляционной зависимости «износостойкость - рН». Точки, полученные при сопоставлении износостойкости и рН, для обеих выборок укладываются на общую прямую зависимость «износостойкость - рН», что свидетельствует о высокой корреляционной связи между износостойкостью и показателем концентрации и силы кислотно-основных центров на поверхности измельченной твердосплавной структуры.An example of a method for predicting the wear resistance of carbide cutting tools. First, measurements are made on the wear resistance of carbide cutting tools - interchangeable carbide cutting inserts of the VK8 brand, obtained from the reference (previous) batch of supplied products. As the processed material was used austenitic steel X17H13M2T. The cutting speed during the tests was chosen equal to 70 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: 30.0; 30.5; 31.0; 31.5; 32.0; 32.5; 33.0; 33.5; 34.0; 34.5 minutes The average value was 32,250 minutes. Resistance for samples of 10 pieces of the second reference batch was: 31.75; 32.75; 33.5; 33.75; 34.25; 34.5; 34.75; 35.0; 35.5; 36.0 minutes The average value was 34.175 minutes. Then, the used carbide cutting inserts were sequentially placed on the carbide plate and subjected to grinding using a carbide hammer and other typical locksmith equipment and tools. Fractions with overall dimensions up to 1.0 mm were taken from the formed carbide powder structure, a 0.4 g sample was prepared, it was placed in the ionomer cell (glass), the magnetic stirrer was turned on, and pH was measured. The pH measurement time of the carbide pulverized powdered structure obtained from each carbide cutting insert was 2 minutes. The measured characteristics of the concentration and strength of acid-base active centers on the surface of the crushed carbide structure — pH — were compared with the value obtained when cutting X17H13M2T steel by the wear resistance of carbide cutting tools. The pH values for the first batch of samples of 10 pieces were: 7.535; 7.60; 7.675; 7.75; 7.825; 7.90; 7.975; 8.05; 8.125; 8.2 units The average value was equal to 7.860 units. The pH values for the second batch of samples of 10 pieces amounted to: 7.8; 7.95; 8,035; 8.10; 8.15; 8.20; 8.225; 8.265; 8.335; 8.40 units The average value was 8.150 units. According to the wear resistance of carbide cutting tools and the pH value for the crushed carbide structure from both samples of the reference batch of samples, we plotted the reference, correlation dependence "wear resistance - pH". The points obtained by comparing wear resistance and pH for both samples fit the general direct relationship “wear resistance - pH”, which indicates a high correlation between wear resistance and the concentration and strength of acid-base centers on the surface of the crushed carbide structure.
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, полученных из 10 твердосплавных режущих пластин, он (рН) составил: 7,55; 7,65; 7,70; 7,75; 7,80; 7,80; 7,825; 7,90; 7,925; 7,95 ед. Среднее значение данной величины составило 7,785 ед. На основании среднего значения величины рН у поверхностной измельченной твердосплавной структуры, полученной из твердосплавных режущих инструментов марки ВК8 (рН ср) текущей партии и формулы (1), находят Тпт (ср) - среднепрогнозируемое значение износостойкости твердосплавных режущих пластин из ВК8 у текущей партии поставляемой продукции. В итоге прогнозируемое - текущее - значение износостойкости из расчетов для контролируемой партии продукции составило в среднем 31,760 мин, что находится на уровне величины износостойкости эталонной партии резцов. При осуществлении прогнозирования износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов отпадает необходимость в проведении дорогостоящих и трудоемких испытаний на износостойкость, проводимых на металлорежущих станках.To predict the wear resistance of carbide cutting inserts in a subsequent current, intended for consumption, batches 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 obtained from 10 carbide cutting inserts, it (pH) was: 7.55; 7.65; 7.70; 7.75; 7.80; 7.80; 7.825; 7.90; 7.925; 7.95 units The average value of this value was 7.785 units. Based on the average pH value of the surface ground carbide structure obtained from VK8 carbide cutting tools (pH cf) of the current batch and formula (1), Tpt (cf) is the average predicted wear resistance of VK8 carbide cutting inserts for the current batch of supplied products . As a result, the predicted - current - value of wear resistance from calculations for a controlled batch of products averaged 31,760 min, which is at the level of the wear resistance of the reference batch of cutters. When predicting wear resistance for the current batch of carbide tools, there is no need for expensive and time-consuming wear tests conducted on metal cutting machines.
Способ обладает высокой точностью прогноза. Это происходит вследствие тесной связи между свойствами твердосплавных режущих инструментов (износостойкостью), свойствами поверхностной измельченной твердосплавной структуры и комплексным показателем концентрации и силы кислотно-основных активных центров в поверхностной измельченной твердосплавной структуре - рН.The method has a high forecast accuracy. This is due to the close relationship between the properties of carbide cutting tools (wear resistance), the properties of the surface ground carbide structure and a complex indicator of the concentration and strength of acid-base active centers in the surface ground carbide structure - pH.
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 аустенитной 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%.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 process of cutting austenitic 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 method of monitoring - forecasting - 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)
где аэ и вэ - постоянные коэффициенты:
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 основных активных центров у поверхностной структуры измельченного твердосплавного режущего инструмента (пластин) - рН, с увеличением которого износостойкость возрастает. A method for predicting the wear resistance of carbide applicability group K of cutting tools according to the selected initial parameter, including carrying out benchmark wear tests in the process of cutting materials at an optimal or close cutting speed, testing to change the value of the initial parameter from the properties of the surface structure formed during operation and method of manufacturing a carbide cutting tool, the construction of the reference correlation dependence of the “original pair etr - wear resistance ”, statistical control of only the value of the initial parameter for the current batch of carbide cutting tools, prediction of wear resistance for the current batch of tools based on the relationship:
where a e and in e are constant coefficients:
of them:
T pt (min) is 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 to increase the accuracy of predicting wear resistance, the initial parameter is the value of the complex concentration indicator and the strength of the main active centers of the surface structure of the crushed carbide cutting tool ment (plates) - pH, with an increase which increases wear resistance.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010103293/28A RU2422801C1 (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 |
|---|---|---|---|
| RU2010103293/28A RU2422801C1 (en) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2422801C1 true RU2422801C1 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44739344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010103293/28A RU2422801C1 (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) | RU2422801C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2518238C2 (en) * | 2012-09-20 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide tool durability |
| RU2541388C1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools |
| RU2569920C1 (en) * | 2014-08-06 | 2015-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools |
| RU2569901C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance |
-
2010
- 2010-02-01 RU RU2010103293/28A patent/RU2422801C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2518238C2 (en) * | 2012-09-20 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide tool durability |
| RU2541388C1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools |
| RU2569901C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance |
| RU2569920C1 (en) * | 2014-08-06 | 2015-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2370750C1 (en) | Method of forecasting wear resistance of cemented-carbide cutting tool | |
| Yashiro et al. | Mass transport properties of Ce0. 9Gd0. 1O2− δ at the surface and in the bulk | |
| Vettivel et al. | Electrical resistivity, wear map and modeling of extruded tungsten reinforced copper composite | |
| RU2422801C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2422800C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2365899C1 (en) | Method of forecasting of wear resistance of carbide cutting tools | |
| Costin et al. | Investigation of hydrogen assisted cracking in acicular ferrite using site-specific micro-fracture tests | |
| Sababi et al. | Microstructure influence on corrosion behavior of a Fe–Cr–V–N tool alloy studied by SEM/EDS, scanning Kelvin force microscopy and electrochemical measurement | |
| RU2459192C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| Esmaily et al. | Oxidation and electrical properties of chromium–iron alloys in a corrosive molten electrolyte environment | |
| 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 | |
| Wei et al. | Oxygen enhanced crack growth in nickel-based superalloys and materials damage prognosis | |
| RU2518238C2 (en) | Forecasting of carbide tool durability | |
| RU2356699C1 (en) | Prediction method of wear resistance of hard-alloy cutting tool | |
| RU2540444C2 (en) | Forecasting of carbide tool durability | |
| Koury et al. | Study of the corrosion of austenitic stainless steel D9 in Lead–Bismuth Eutectic (LBE): Extension of the Available Space Model to a ternary alloy | |
| RU2584275C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2251095C1 (en) | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2230630C1 (en) | Method for determining optimal cutting speed | |
| RU2374040C1 (en) | Method for determination of optimal cutting speed | |
| RU2494839C1 (en) | Method of accelerated determination of optimum cutting speed | |
| RU2573451C1 (en) | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance | |
| RU2591874C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Latypova et al. | Hydrogen-induced cracking of 500 HBW steels studied using a novel tuning-fork test with integrated loadcell system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120202 |