RU2459193C1 - Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools - Google Patents
Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools Download PDFInfo
- Publication number
- RU2459193C1 RU2459193C1 RU2011106683/28A RU2011106683A RU2459193C1 RU 2459193 C1 RU2459193 C1 RU 2459193C1 RU 2011106683/28 A RU2011106683/28 A RU 2011106683/28A RU 2011106683 A RU2011106683 A RU 2011106683A RU 2459193 C1 RU2459193 C1 RU 2459193C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear resistance
- carbide
- cutting tools
- initial parameter
- batch
- Prior art date
Links
Images
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 градировочному графику «магнитная проницаемость - стойкость», построенному для эталонного образца, определяют величину износостойкости материала [АС SU 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 about 5 Oersted, the magnetic permeability of the material is measured, and the magnitude of the material’s wear resistance is determined from the magnetic permeability - resistance graph plotted for the reference sample [ AC SU 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 количества и деформационного состояния. 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 the known 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 [АС SU 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 малоперспективным 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 instruments of the entire batch are determined using the obtained dependence [AC SU 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. Adequate 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 unpromising 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 standard 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;
Т (эталонное), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;T (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 [АС SU 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 производить 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 [AC SU 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. The measurement of the relevant parameters and the processing of the results obtained can only be performed by specially trained and trained personnel. Using this method, the structure is evaluated at the atomic level, and not always comparing these results with the results obtained by wear resistance leads 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 титан-вольфрам-кобальтовых (группа Р) режущих инструментов является повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование основано на тесной корреляционной зависимости между износостойкостью и площадью тепловой гистерезисной петли, получаемой при измерении поверхностной термо-эдс (метод Зеебека), в процессе нагревания и последующего охлаждения контролируемой зоны. С уменьшением площади тепловой гистерезисной петли, полученной при измерении термо-эдс на поверхности режущих пластин, изготовленных из твердых сплавов группы применяемости Р, их износостойкость при резании сталей и сплавов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, возрастает.The objective of the proposed method is predicting the wear resistance of carbide titanium-tungsten-cobalt (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 the area of the thermal hysteresis loop obtained by measuring the surface thermo-emf (Seebeck method) during heating and subsequent cooling of the controlled zone. With a decrease in the area of the thermal hysteresis loop obtained by measuring the thermo-emf on the surface of cutting inserts made of hard alloys of applicability group P, their wear resistance increases when cutting steels and alloys that cause intense diffusion wear.
Поставленная задача при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р в предлагаемом способе решается путем использования выбранного исходного параметра и включает: проведение испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной структуры, сформированной в процессе изготовления (упрочнения) твердосплавного режущего инструмента, проведение эталонных испытаний на износостойкость в процессе резания материалов при оптимальной или близкой к ней скорости резания, 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 P in the proposed method is solved by using the selected initial parameter and includes: testing to change the value of the initial parameter from the properties of the surface structure formed during the manufacturing (hardening) of the carbide cutting tool, conducting benchmark tests on wear resistance in the process of cutting materials at an optimum or close to her cutting speed, p the construction of the reference - correlation dependence "initial parameter - wear resistance", statistical control of only the value of the initial parameter for the current batch of carbide cutting tools, the prediction of wear resistance for the current batch of tools 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 is the current wear resistance in minutes for carbide cutting tools that have been tested from the forecasted current batch of carbide products;
Sпт - текущее значение выбранного исходного параметра, полученное при контроле поверхности твердосплавных сменных режущих пластин из текущей - контролируемой партии твердосплавной продукции;S pt is the current value of the selected initial parameter obtained by monitoring the surface of carbide interchangeable cutting inserts from the current - controlled batch of carbide products;
Тэ1 и Тэ2 - износостойкость в минутах для двух независимых выборок сменных твердосплавных режущих инструментов (пластин) из эталонной (предыдущей) партии твердосплавной продукции;Te 1 and Te 2 - wear resistance in minutes for two independent samples of interchangeable carbide cutting tools (inserts) from the reference (previous) batch of carbide products;
Sэ1 и Sэ2 - средние значения величин выбранного исходного параметра, полученные при контроле поверхностной структуры для двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов (пластин) из эталонной (предыдущей) партии продукции, отличающийся тем, что с целью повышения точности прогнозирования износостойкости в качестве исходного параметра используют величину площади гистерезисной петли, полученной при измерении поверхностной термо-эдс (метод Зеебека) при включенном и выключенном нагреве «горячего» зонда, с уменьшением площади которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает.Sе 1 and Sе 2 - average values of the selected initial parameter values obtained by monitoring the surface structure for two samples of carbide cutting tools (inserts) from the reference (previous) batch of products, characterized in that in order to increase the accuracy of predicting wear resistance as the initial parameter use the value of the area of the hysteresis loop obtained by measuring the surface thermo-emf (Seebeck method) with the hot probe turned on and off, with a decrease in the cat area The wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group P increases.
Поверхностная и приповерхностная структура твердосплавного режущего инструмента, формирующаяся в процессе изготовления твердого сплава, оказывает большое влияние на его износостойкость. Одними из важнейших характеристик поверхностной и приповерхностной структуры, определяющей важнейшие физико-механические и эксплуатационные свойства твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р, являются их теплофизические характеристики: теплоемкость и теплопроводность. Последние в свою очередь зависят от температуры и значительно изменяются в результате температурного воздействия на поверхность и формирования на поверхности и в приповерхностной области оксидных, полиоксидных, оксикарбогидридных и других структур. Различные по составу и свойствам поверхностные и приповерхностные формирования в виде пленок и слоистых систем, различных по составу, свойствам и толщине, выполняют разнообразные задачи, связанные со снижением износа режущих инструментов. Так, например, оксидные, оксикарбидные, оксикарбогидридные структуры, образующиеся за счет внешнего и внутреннего окисления на поверхности и в приповерхностных слоях твердых сплавов, выполняют роль барьера между инструментальным и обрабатываемым материалами при массопереносе и распространении тепла, оказывая тем самым решающее влияние на снижение износа твердосплавных режущих инструментов. Уже на этапе изготовления твердых сплавов на поверхности и в приповерхностных слоях формируется структура, значительно отличающаяся от структуры, располагающейся в объеме. Поверхностная и приповерхностная структура твердых сплавов группы применяемости Р характеризуется наличием высокой концентрации одиночных вакансий и меньшей концентрации мелких и крупных пор. Вследствие этого для нее в большей степени характерен процесс внутреннего окисления. Из-за низкой окисляемости поверхностная структура имеет соответственно пониженную чувствительность по отношению к внешним на нее температурным воздействиям. Вместе с тем вследствие температурного влияния на твердые сплавы в условиях открытой термодинамической системы на поверхности и в приповерхностных слоях происходит образование различных по структуре и свойствам твердых растворов и химических соединений. Данные образования формируются при участии основных компонентов твердого сплава (карбидов титана, вольфрама, кобальтовой связки), примесей, а также кислорода, азота, водорода, входящих в состав твердых сплавов и поступающих, соответственно, из окружающей газовой среды. Формирующиеся структуры оказывают значительное влияние на процессы образования, аккумуляции и распространения тепла как в плоскости поверхности, так и в направлении глубинных слоев твердосплавных режущих образцов (пластин). Процесс поверхностной и приповерхностной структурной трансформации у твердых сплавов группы применяемости - Р за счет термического воздействия начинается при температурах (30-45°С) и сопровождается изменением их теплоемкости и теплопроводности. Свойства, проявляющиеся при нагревании и охлаждении на поверхности, тесным образом связаны со свойствами приповерхностной области и объема твердых сплавов. В этом смысле между объемом, приповерхностной областью и поверхностью существует устойчивая связь. Всякие изменения поверхностных и приповерхностных свойств зависят от состава и свойств объемной структуры. Нагревание поверхности сопровождается насыщением ее и приповерхностной области кислородом и водородом за счет адсорбции кислорода из окружающей газовой среды и за счет диффузии водорода из объемной структуры твердого сплава. Вследствие этого на поверхности и в приповерхностной области формируется оксикарбидный слой и слоистая структура из оксикарбогидридов различной степени стехиометрии. В итоге этих превращений теплоемкость поверхности и приповерхностной области повышается, а теплопроводность снижается. Теплоемкость объемной структуры при этом снижается, а теплопроводность возрастает. Охлаждение поверхности сопровождается уходом атомов кислорода за счет дисорбции в окружающую газовую среду, а водорода за счет диффузии в объемную структуру. В данном случае теплоемкость поверхности снижается, а теплопроводность возрастает. Теплоемкость объема при этом возрастает, а теплопроводность снижается. Для каждой конкретной твердосплавной структуры (режущей пластины) степень трансформации указанных превращений как при нагреве, так и при охлаждении является строго индивидуальной. Она зависит от состава твердых сплавов, состава и свойств компонентов (в том числе наличия у них примесей), предыстории их получения и т.д. В трансформации поверхности при ее нагревании принимают участие кислородные потоки со стороны окружающей газовой среды, а водорода - со стороны объема твердого сплава. Вклад каждого потока в реконструкцию поверхности определяется химическими потенциалами на границах фаз: окружающая газовая среда - поверхность и поверхность - газовая примесь объема. Разность химического потенциала между указанными фазами определяет градиент химического потенциала и направление результирующих потоков движения атомов кислорода и водорода. Приближенная картина взаимодействия поверхности с кислородом окружающей газовой среды при ее нагревании будет следующей: адсорбция кислорода поверхностью, разрыв связи у молекул адсорбата, распределение атомов на поверхности, образование связей с атомами поверхности, диффузия атомов кислорода в приповерхностный дефектный слой, перераспределение в приповерхностном слое по глубине с образованием слоистой структуры в связях с водородом. Приближенную картину взаимодействия поверхности с водородом объема можно представить так: ионизация водородной примеси за счет нагрева, диффузия атомов водорода к поверхности, образование приповерхностной слоистой структуры в связях с кислородом. Представленный процесс сопровождается повышением теплоемкости поверхности и приповерхностной области и теплопроводности объема и соответствующим снижением теплоемкости объема и теплопроводности поверхности и приповерхностной области.The surface and near-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 and near-surface structure, which determines the most important physicomechanical and operational properties of carbide cutting tools of the applicability group P, are their thermophysical characteristics: heat capacity and thermal conductivity. The latter, in turn, depend on temperature and significantly change as a result of the temperature effect on the surface and the formation of oxide, polyoxide, hydroxyhydrohydride and other structures on the surface and in the near-surface region. Surface and near-surface formations of various composition and properties in the form of films and layered systems, various in composition, properties and thickness, perform various tasks related to reducing wear of cutting tools. So, for example, oxide, oxycarbide, oxycarbohydride structures formed due to external and internal oxidation on the surface and in the surface layers of hard alloys act as a barrier between the tool and the processed materials during mass transfer and heat distribution, thereby having a decisive influence on reducing the wear of carbide cutting tools. Already at the stage of manufacturing hard alloys, a structure is formed on the surface and in the surface layers, which differs significantly from the structure located in the bulk. The surface and near-surface structure of hard alloys of the applicability group P is characterized by the presence of a high concentration of single vacancies and a lower concentration of small and large pores. As a result, the process of internal oxidation is more characteristic of it. Due to the low oxidizability, the surface structure has a correspondingly reduced sensitivity with respect to external temperature effects. At the same time, due to the temperature effect on hard alloys under the conditions of an open thermodynamic system, solid solutions and chemical compounds with different structure and properties are formed on the surface and in the near-surface layers. These formations are formed with the participation of the main components of the hard alloy (titanium carbides, tungsten, cobalt binder), impurities, as well as oxygen, nitrogen, hydrogen, which are part of the hard alloys and come, respectively, from the surrounding gas environment. The forming structures have a significant impact on the processes of formation, accumulation and distribution of heat both in the surface plane and in the direction of the deep layers of carbide cutting samples (plates). The process of surface and near-surface structural transformation in hard alloys of the applicability group - P due to thermal exposure begins at temperatures (30-45 ° C) and is accompanied by a change in their heat capacity and thermal conductivity. The properties manifested during heating and cooling on the surface are closely related to the properties of the near-surface region and the volume of hard alloys. In this sense, there is a stable connection between the volume, the near-surface region and the surface. Any changes in the surface and near-surface properties depend on the composition and properties of the bulk structure. The heating of the surface is accompanied by the saturation of its and surface region with oxygen and hydrogen due to the adsorption of oxygen from the surrounding gas environment and due to the diffusion of hydrogen from the bulk structure of the hard alloy. As a result, an oxycarbide layer and a layered structure of oxycarbohydrides of various degrees of stoichiometry are formed on the surface and in the surface region. As a result of these transformations, the heat capacity of the surface and the surface region increases, and the thermal conductivity decreases. The heat capacity of the bulk structure decreases, while the thermal conductivity increases. Surface cooling is accompanied by the departure of oxygen atoms due to disorption into the surrounding gas medium, and of hydrogen due to diffusion into the bulk structure. In this case, the heat capacity of the surface decreases, and the thermal conductivity increases. The heat capacity of the volume increases, while the thermal conductivity decreases. For each specific carbide structure (cutting insert), the degree of transformation of these transformations both during heating and during cooling is strictly individual. It depends on the composition of hard alloys, the composition and properties of the components (including the presence of impurities), the history of their preparation, etc. Oxygen flows from the side of the surrounding gas medium take part in the surface transformation during its heating, and hydrogen flows from the side of the solid alloy volume. The contribution of each stream to surface reconstruction is determined by the chemical potentials at the phase boundaries: the surrounding gas medium — the surface and surface — the gas admixture of the volume. The difference in chemical potential between these phases determines the gradient of the chemical potential and the direction of the resulting flows of oxygen and hydrogen atoms. An approximate picture of the interaction of the surface with oxygen in the surrounding gas environment when it is heated will be as follows: oxygen adsorption by the surface, bond breaking of adsorbate molecules, distribution of atoms on the surface, formation of bonds with surface atoms, diffusion of oxygen atoms into the surface defective layer, redistribution in the surface layer in depth with the formation of a layered structure in bonds with hydrogen. An approximate picture of the interaction of the surface with volume hydrogen can be represented as follows: ionization of a hydrogen impurity due to heating, diffusion of hydrogen atoms to the surface, formation of a near-surface layered structure in bonds with oxygen. The presented process is accompanied by an increase in the heat capacity of the surface and the surface region and the thermal conductivity of the volume and a corresponding decrease in the heat capacity of the volume and thermal conductivity of the surface and the surface area.
Трансформация поверхности при ее охлаждении сопровождается десорбцией кислорода в окружающую газовую среду и диффузией водорода в объемную структуру твердого сплава. Вклад каждого потока в деградацию поверхности определяется также химическими потенциалами на границах фаз: поверхность - окружающая газовая среда и поверхность - объем. Разность химических потенциалов между указанными фазами определяет градиент химического потенциала, а также направление и мощность движения потоков атомов кислорода и водорода. Приближенная картина массопереноса кислорода с поверхности в окружающую газовую среду будет следующей: ослабление и разрушение связей между атомами оксикарбидных соединений на поверхности, распад твердых растворов, перераспределение атомов, образование молекул кислорода, десорбция летучих молекулярных соединений. Приближенная картина массопереноса водорода из приповерхностной области в объем будет следующей: распад соединений в приповерхностной области, диффузия атомов водорода в объем структуры, образование связей с атомами объема. Представленный процесс сопровождается снижением теплоемкости поверхности и теплопроводности объема и соответствующим повышением теплоемкости объема и теплопроводности поверхности.The surface transformation during its cooling is accompanied by oxygen desorption into the surrounding gas medium and hydrogen diffusion into the bulk structure of the hard alloy. The contribution of each stream to surface degradation is also determined by the chemical potentials at the phase boundaries: the surface is the surrounding gas medium and the surface is volume. The difference in chemical potentials between these phases determines the gradient of the chemical potential, as well as the direction and power of movement of the flows of oxygen and hydrogen atoms. An approximate picture of the mass transfer of oxygen from the surface to the surrounding gas environment will be as follows: weakening and destruction of bonds between the atoms of oxycarbide compounds on the surface, decomposition of solid solutions, redistribution of atoms, the formation of oxygen molecules, desorption of volatile molecular compounds. An approximate picture of the mass transfer of hydrogen from the near-surface region to the volume will be as follows: decomposition of compounds in the near-surface region, diffusion of hydrogen atoms into the structure volume, and the formation of bonds with volume atoms. The presented process is accompanied by a decrease in surface heat capacity and volume thermal conductivity and a corresponding increase in volume heat capacity and surface thermal conductivity.
Скорость, состав, толщина и количество слоев у образующихся на поверхности структур зависит от величины химических потенциалов, которые в свою очередь являются функцией концентрации кислорода в окружающей газовой среде и водорода в объеме твердого сплава. На величину химического потенциала значительное влияние оказывают состояние (прочность) химической связи между титаном, вольфрамом и углеродом в карбидных зернах, находящихся на поверхности твердого сплава и в объеме, состояние кобальтовой связки (толщина, вид и степень дефектности, величина и знак напряженного состояния и т.д.), наличие примесей, находящихся во взаимодействии с карбидными зернами и кобальтовой прослойкой, состояние межзеренных и межфазных границ (образование по границам фаз сегрегации примесных атомов, твердых растворов, химических соединений). Процесс формирования поверхностной структуры при нагревании со стороны поверхности включает: адсорбцию молекул кислорода окружающей газовой среды, распределение атомов кислорода на поверхности, образование зародышей поверхностных пленок, рост и объединение поверхностных сегрегации по мере поступления кислорода, стабилизацию состава и структуры поверхностной пленки, рост толщины пленки. Существует критический размер толщины поверхностной пленки и время, необходимое для его достижения, при котором формирующаяся поверхностная пленочная структура становится устойчивой и в дальнейшем (при достижении стационарного температурного состояния) не испытывает существенных превращений. Аналогично представленному происходит формирование слоистой оксикарбогидридной структуры в приповерхностной области. В их образовании принимает участие кислород окружающей газовой среды, диффундирующий со стороны поверхности, и водород, поступающий из объемной структуры твердых сплавов. Сначала в приповерхностной зоне формируются локальные объемные образования будущей слоистой структуры, которые так же, как и зародышевые поверхностные образования, увеличиваются в количестве, объединяются, превращаются в кластеры и объемные фазы. Процесс распада структур на поверхности при ее охлаждении включает: распад твердых растворов на поверхности, выделение из пленочной структуры отдельных кластеров, образование из кластеров мелких объединений, окончательную деградацию пленочной системы вследствие десорбции кислорода в окружающую газовую среду. Деградация поверхностной пленочной структуры также является многостадийной. После достижения некоторой степени фрагментации пленочной структуры процесс ее деградации затормаживается и продолжается с достаточно низкой скоростью. Аналогичным образом происходит распад оксикарбогидридной структуры в приповерхностной области, который включает: выделение из объемной слоистой фазы водородных и кислородных атомов, образование фрагментарной структуры, ее дальнейший распад, диффузию атомов кислорода к поверхности и водорода в объем, десорбцию атомов кислорода с поверхности и сегрегацию атомов водорода в объемной структуре вблизи электроотрицательных примесей и межзеренных границ.The speed, composition, thickness and number of layers of the structures formed on the surface depends on the value of chemical potentials, which in turn are a function of the concentration of oxygen in the surrounding gas medium and hydrogen in the volume of the solid alloy. The chemical potential between the titanium, tungsten and carbon in carbide grains located on the surface of the hard alloy and in volume, the state of the cobalt binder (thickness, type and degree of defect, magnitude and sign of the stress state, and t etc.), the presence of impurities interacting with carbide grains and a cobalt interlayer, the state of intergranular and interphase boundaries (the formation of segregation of impurity atoms, solid solutions at the boundaries of phases s, chemical compounds). The process of surface structure formation upon heating from the surface side includes: adsorption of oxygen molecules of the surrounding gas medium, distribution of oxygen atoms on the surface, nucleation of surface films, growth and unification of surface segregation as oxygen is received, stabilization of the composition and structure of the surface film, increase in film thickness. There is a critical size of the thickness of the surface film and the time required to achieve it, at which the forming surface film structure becomes stable and does not undergo significant transformations in the future (upon reaching a stationary temperature state). Similarly to the presented formation of a layered hydroxycarbohydride structure occurs in the surface region. Oxygen of the surrounding gas medium, diffusing from the surface side, and hydrogen coming from the bulk structure of hard alloys take part in their formation. First, local volume formations of the future layered structure are formed in the near-surface zone, which, like the germinal surface formations, increase in quantity, unite, and turn into clusters and bulk phases. The process of decomposition of structures on the surface during its cooling includes: the decomposition of solid solutions on the surface, the separation of individual clusters from the film structure, the formation of small clusters from the clusters, the final degradation of the film system due to oxygen desorption into the surrounding gas environment. The degradation of the surface film structure is also multi-stage. After reaching a certain degree of fragmentation of the film structure, the process of its degradation is inhibited and continues at a fairly low rate. Similarly, the decomposition of an oxycarbohydride structure occurs in the near-surface region, which includes: the release of hydrogen and oxygen atoms from the bulk layered phase, the formation of a fragmentary structure, its further decay, diffusion of oxygen atoms to the surface and hydrogen into the volume, desorption of oxygen atoms from the surface, and segregation of hydrogen atoms in the bulk structure near electronegative impurities and grain boundaries.
Таким образом, изменению термических характеристик (теплоемкости и теплопроводности) будут способствовать текущие изменения, происходящие на поверхности и в объеме твердых сплавов, вызываемые температурным воздействием (нагреванием и охлаждением), а именно: массоперенос кислорода и водорода со стороны окружающей газовой среды и объема в сторону поверхности и от поверхности, повышение или снижение степени адсорбции поверхностью атомов и молекул окружающей газовой среды, повышение или снижение способности объема твердого сплава аккумулировать водород (твердые сплавы группы применяемости Р активно аккумулируют водород), изменение избирательности адсорбции кислорода или аккумуляции водорода, величина, направленность и остаточные явления при структурных превращениях на поверхности и в объеме, изменение и перераспределение тепловых потоков, распространяющихся от поверхности (от места локального внешнего теплового воздействия). Контроль процессов, происходящих на поверхности и в приповерхностной области (образование адсорбционных слоев, оксидных пленок, оксикарбидных структур атомной толщины, приповерхностной оксикарбогидридной слоистой структуры и т.д.), вызываемых термическим воздействием (нагреванием и последующим охлаждением), сопровождающееся изменением термических характеристик (теплоемкости и теплопроводности), позволяет оперативно и с достаточно высокой точностью осуществлять прогнозирование износостойкости твердосплавных режущих инструментов (режущих пластин) на основе измерения поверхностной термо-эдс (метод Зеебека).Thus, changes in thermal characteristics (heat capacity and thermal conductivity) will be facilitated by current changes occurring on the surface and in the volume of hard alloys caused by temperature exposure (heating and cooling), namely: mass transfer of oxygen and hydrogen from the side of the surrounding gas medium and volume to the side surface and from the surface, increasing or decreasing the degree of adsorption by the surface of atoms and molecules of the surrounding gas medium, increasing or decreasing the capacity of the volume of the hard alloy battery hydrogen hydrogenation (hard alloys of the applicability group P actively accumulate hydrogen), a change in the selectivity of oxygen adsorption or hydrogen accumulation, the magnitude, directivity and residual effects of structural transformations on the surface and in the volume, change and redistribution of heat fluxes propagating from the surface (from the local external heat exposure). Control of processes occurring on the surface and in the near-surface region (the formation of adsorption layers, oxide films, oxycarbide structures of atomic thickness, near-surface oxycarbohydride layered structure, etc.) caused by thermal exposure (heating and subsequent cooling), accompanied by a change in thermal characteristics (heat capacity) and thermal conductivity), allows quickly and with high enough accuracy to predict the wear resistance of carbide cutting tools (cutting inserts) based on the measurement of surface thermo-emf (Seebeck method).
Измерение термо-эдс осуществляли с помощью установки, оснащенной измерительным столиком и двумя зондами. Наконечник одного зонда изготовлен из меди, другого - из вольфрамового сплава. Расстояние между зондами является постоянным и составляет 4 мм. Процесс измерения термо-эдс, возникающей между зондами, устанавливаемыми на контролируемую поверхность (режущую пластину), начинается с момент включения нагрева вольфрамового зонда, осуществляемого с помощью тонкой нихромовой спирали, охватывающей этот зонд. Средняя скорость нагревания вольфрамового зонда составляет примерно 0,5°С/сек. Максимальная температура нагрева вольфрамового зонда достигает 140°С. Продолжительность процесса измерения составляет 4-8 мин. Измерение термо-эдс производится непрерывно в два этапа, включающих измерение термо-эдс при включенном нагревании вольфрамового зонда и при дальнейшем непрекращающемся измерении термо-эдс, но с уже выключенным нагреванием вольфрамового зонда (измерение при последующем естественном охлаждении зоны контакта). Причем время измерения термо-эдс при нагревании (2-4 мин) должно быть равным времени измерения термо-эдс при охлаждении (2-4 мин). В результате измерений поверхностной термо-эдс получают гистерезисную петлю - зависимость величины термо-эдс от времени нагрева и последующего охлаждения. Чем ниже интенсивность роста термо-эдс при нагревании и чем ниже интенсивность снижения термо-эдс при охлаждении, тем выше износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р при резании ими материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ.The measurement of the thermo-emf was carried out using a setup equipped with a measuring table and two probes. The tip of one probe is made of copper, the other of tungsten alloy. The distance between the probes is constant and is 4 mm. The process of measuring the thermo-emf that arises between the probes mounted on a controlled surface (cutting plate) begins with the moment the heating of the tungsten probe is carried out using a thin nichrome spiral covering this probe. The average heating rate of the tungsten probe is approximately 0.5 ° C / sec. The maximum heating temperature of the tungsten probe reaches 140 ° C. The duration of the measurement process is 4-8 minutes. The measurement of the thermo-emf is carried out continuously in two stages, including the measurement of the thermo-emf when the heating of the tungsten probe is switched on and with the further continuous measurement of the thermo-emf, but with the tungsten probe already turned off (measurement during subsequent natural cooling of the contact zone). Moreover, the measurement time of the thermo-emf during heating (2-4 min) should be equal to the measurement time of the thermo-emf during cooling (2-4 min). As a result of measurements of the surface thermo-emf, a hysteresis loop is obtained - the dependence of the thermo-emf value on the time of heating and subsequent cooling. The lower the growth rate of the thermoelectric power when heating and the lower the rate of decrease in the thermoelectric power when cooling, the higher the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group P when they cut materials that cause intense diffusion wear.
Величина термо-эдс при нагревании зависит от интенсивности повышения величины градиента температур между медным и вольфрамовым зондами. Чем медленнее будет расти температурный градиент (разность температур между не нагреваемым - «холодным» зондом из меди и нагреваемым - «горячим» зондом из вольфрамового сплава) в каждый следующий момент времени по сравнению с предыдущим при непрерывном нагревании - повышении температуры (в области контакта вольфрамового «горячего» зонда), тем менее интенсивно будет происходить рост термо-эдс от времени. Величина градиента температур между зондами зависит от интенсивности образования оксикарбидной пленки на поверхности и оксикарбогидридных слоистых пленочных структур в приповерхностной области, от термических характеристик оксидных, оксикарбидных и слоистых структур. С ростом интенсивности превращения (степени окисления) поверхностных оксикарбидных пленок и приповерхностных слоистых структур теплоемкость поверхности твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает, а теплопроводность снижается. При этом соотношение между изменениями теплоемкости, теплопроводности и плотности поверхностных и приповерхностных структур таково, что их температуропроводность в итоге возрастает. Причиной более высокой теплоемкости поверхностных и приповерхностных соединений является их слоистое строение, наличие между слоями высокой степени дефектности (пористости), большой удельный вес между элементами соединений ионного и ковалентного типа химической связи. При этом у сложного оксикарбида (поверхностная оксидная пленка) и оксикарбогидрида на основе титана и вольфрама (приповерхностная слоистая структура) увеличивается пороговый уровень тепловой энергии, необходимый для генерации фононных колебаний кристаллической решетки, по сравнению с уровнем тепловой энергии, необходимой для генерации подобных фононных колебаний у сложного карбида на основе титана и вольфрама. Аналогично более высокую теплоемкость приобретает оксид кобальта по сравнению с чистым кобальтом в результате окисления последнего. В итоге теплопроводность с увеличением степени окисления поверхности и формирования слоистой приповерхностной структуры начинает больше осуществляться за счет фононных колебаний решетки и меньше за счет движения свободных электронов.The magnitude of the thermo-emf upon heating depends on the intensity of the increase in the temperature gradient between the copper and tungsten probes. The slower the temperature gradient grows (the temperature difference between the unheated - “cold” probe made of copper and the heated - “hot” probe made of tungsten alloy) at each next moment of time as compared with the previous one with continuous heating - increasing temperature (in the contact area of tungsten "Hot" probe), the less intense will be the growth of thermo-emf from time to time. The temperature gradient between the probes depends on the rate of formation of the oxycarbide film on the surface and the oxycarbohydride layered film structures in the surface region, on the thermal characteristics of the oxide, oxycarbide and layered structures. With an increase in the conversion intensity (oxidation state) of surface oxycarbide films and near-surface layered structures, the heat capacity of the surface of carbide cutting tools of the applicability group P increases, and the thermal conductivity decreases. In this case, the ratio between changes in heat capacity, thermal conductivity and density of surface and near-surface structures is such that their thermal diffusivity as a result increases. The reason for the higher heat capacity of surface and subsurface compounds is their layered structure, the presence between layers of a high degree of imperfection (porosity), and a large specific gravity between elements of compounds of the ionic and covalent types of chemical bonds. In this case, the complex oxycarbide (surface oxide film) and titanium-tungsten-based oxycarbohydride (near-surface layered structure) increase the threshold level of thermal energy necessary for generating phonon vibrations of the crystal lattice, compared with the level of thermal energy necessary for generating similar phonon vibrations for complex carbide based on titanium and tungsten. Similarly, cobalt oxide acquires a higher heat capacity in comparison with pure cobalt as a result of oxidation of the latter. As a result, thermal conductivity with an increase in the degree of oxidation of the surface and the formation of a layered near-surface structure begins to take place more due to phonon vibrations of the lattice and less due to the movement of free electrons.
Температурный градиент зависит от степени окисления или восстановления поверхности и приповерхностной области. Могут быть различные сочетания факторов (изменяющихся при нагревании свойств поверхности и приповерхностной области), которые влекут за собой повышение или снижение температурного градиента между зондами, вследствие которых термо-эдс при нагревании горячего зонда может возрастать или снижаться с той или иной интенсивностью. Вместе с тем установлено, что всякое конечное изменение термо-эдс при контроле связано с изменением износостойкости режущего инструмента. Температурный градиент между зондами может увеличиваться вследствие повышения интенсивности окисления поверхности и преобладания окислительных процессов в приповерхностной области, а также вследствие незначительной интенсивности окислительных процессов на поверхности и значительной интенсивности окисления приповерхностной области. Температурный градиент между зондами может снижаться вследствие снижения интенсивности окисления поверхности и преобладания восстановительных процессов в приповерхностной области, вследствие интенсивного окисления поверхности, но с преобладанием восстановительных процессов в приповерхностной области. Различное соотношение между потоками тепла, распространяющимися при нагреве по поверхности и направленными в объем твердого сплава определяют форму верхней части гистерезисной петли «величина термо-эдс-время».The temperature gradient depends on the degree of oxidation or restoration of the surface and the surface region. There may be various combinations of factors (changing surface and subsurface region properties upon heating), which entail an increase or decrease in the temperature gradient between the probes, due to which the thermo-emf when heating a hot probe can increase or decrease with one or another intensity. At the same time, it was found that any final change in the thermo-emf during control is associated with a change in the wear resistance of the cutting tool. The temperature gradient between the probes can increase due to an increase in the intensity of surface oxidation and the predominance of oxidative processes in the surface region, as well as due to the low intensity of oxidative processes on the surface and significant oxidation rate of the surface region. The temperature gradient between the probes can decrease due to a decrease in the intensity of surface oxidation and the predominance of reduction processes in the near-surface region, due to intensive oxidation of the surface, but with a predominance of reduction processes in the near-surface region. A different ratio between the heat fluxes propagating during heating over the surface and directed into the volume of the hard alloy determines the shape of the upper part of the hysteresis loop “magnitude of thermo-emf-time”.
Величина термо-эдс при охлаждении зависит от интенсивности снижения величины градиента температур между медным и вольфрамовым зондами. Чем меньше будет снижаться температурный градиент (разность температур между не нагреваемым - «холодным» зондом из меди и нагреваемым - «горячим» зондом из вольфрамового сплава) в каждый следующий момент времени по сравнению с предыдущим при непрерывном охлаждении - снижении температуры, тем менее интенсивно будет происходить снижение термо-эдс от времени. Величина градиента температур между зондами зависит от интенсивности распада оксикарбидной (оксидной) пленки на поверхности и приповерхностных слоистых пленочных структурах в области контакта (нахождения) вольфрамового (горячего) зонда, от термических характеристик оксикарбидной пленки и слоистых структур. Если диффузия кислорода из кристаллической решетки сложного оксида на основе титана и вольфрама при охлаждении происходит с низкой скоростью и не превышает скорость термического сжатия сложной кристаллической решетки, происходящего при охлаждении, то распад сформировавшихся при нагреве с участием кислорода и водорода поверхностных и приповерхностных соединений будет осуществляться затруднительно и с низкой скоростью. Такое возможно только при высокой прочности химической связи между элементами у оксикарбида и у оксикарбогидридной слоистой структуры, сформировавшихся на этапе контроля с включенным нагревом «горячего» зонда.The magnitude of the thermo-emf upon cooling depends on the intensity of the decrease in the temperature gradient between the copper and tungsten probes. The lower the temperature gradient decreases (the temperature difference between the unheated - “cold” copper probe and the heated - “hot” tungsten alloy probe) at each next moment of time compared to the previous one with continuous cooling - lowering the temperature, the less intense it will be decrease in thermo-emf from time to time. The temperature gradient between the probes depends on the decomposition rate of the oxycarbide (oxide) film on the surface and near-surface layered film structures in the contact (location) of the tungsten (hot) probe, on the thermal characteristics of the oxycarbide film and layered structures. If the diffusion of oxygen from the crystal lattice of a complex oxide based on titanium and tungsten during cooling occurs at a low speed and does not exceed the rate of thermal compression of the complex crystal lattice that occurs during cooling, then the decomposition of surface and surface compounds formed during heating with the participation of oxygen and hydrogen will be difficult and at low speed. This is possible only with a high chemical bond strength between the elements of the oxycarbide and the oxycarbohydride layered structure formed at the control stage with the heating of the “hot” probe turned on.
С ростом интенсивности превращения (степени распада) поверхностных оксикарбидных пленок и приповерхностных слоистых структур теплоемкость поверхности твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р снижается, а теплопроводность возрастает. При этом соотношение между изменениями теплоемкости, теплопроводности и плотности поверхностных и приповерхностных структур таково, что их температуропроводность в итоге снижается. Причиной более низкой теплоемкости, формирующихся в результате распада соединений является изменение их состава и химической связи между элементами. Снижается удельный вес ионной и ковалентной связи и увеличивается роль металлической связи. При этом у распавшихся соединений на основе карбидов титана и вольфрама снижается пороговый уровень тепловой энергии, необходимый для генерации фононных колебаний кристаллической решетки, по сравнению с уровнем тепловой энергии, необходимой для генерации подобных фононных колебаний у оксидов и оксикарбогидридов на основе титана и вольфрама. Аналогично более низкую теплоемкость приобретает кобальт по сравнению с оксидом кобальтом в результате восстановления последнего. В итоге теплопроводность в результате распада поверхностных оксидных пленок приповерхностных слоистых структур начинает больше осуществляться за счет движения свободных электронов.With an increase in the conversion intensity (degree of decomposition) of surface oxycarbide films and near-surface layered structures, the heat capacity of the surface of carbide cutting tools of the applicability group P decreases, and the thermal conductivity increases. Moreover, the ratio between changes in heat capacity, thermal conductivity and density of surface and near-surface structures is such that their thermal diffusivity ultimately decreases. The reason for the lower heat capacity formed as a result of the decomposition of compounds is a change in their composition and chemical bonding between the elements. The specific gravity of the ionic and covalent bonds decreases and the role of the metal bond increases. At the same time, the decay threshold level of thermal energy required for the generation of phonon vibrations of the crystal lattice in decayed compounds based on titanium and tungsten carbides decreases compared with the level of thermal energy necessary for the generation of similar phonon vibrations in oxides and oxycarbohydrides based on titanium and tungsten. Similarly, cobalt acquires lower heat capacity in comparison with cobalt oxide as a result of reduction of the latter. As a result, thermal conductivity as a result of the decomposition of surface oxide films of near-surface layered structures begins to take place more due to the motion of free electrons.
Температурный градиент при этом зависит от степени восстановления или окисления поверхности и приповерхностной области. Могут быть различные сочетания факторов (изменяющихся при охлаждении свойств поверхности и приповерхностной области), которые влекут за собой снижение или повышение температурного градиента между зондами, вследствие которых термо-эдс при охлаждении горячего зонда может снижаться с той или иной интенсивностью. Вместе с тем установлено, что всякое конечное изменение термо-эдс при контроле связано с изменением износостойкости режущего инструмента. Температурный градиент между зондами может снижаться вследствие роста интенсивности распада поверхностных пленок и преобладания восстановительных процессов, происходящих в приповерхностных слоистых структурах, вследствие интенсивного распада поверхностной оксидной структуры и при незначительных изменениях в приповерхностной области. Температурный градиент может расти вследствие интенсивного распада поверхностных оксикарбидных структур с преобладанием окислительных процессов в приповерхностной области. Вследствие распада приповерхностных слоистых структур и интенсивного окисления поверхности. Различное соотношение между потоками тепла, распространяющимися при охлаждении по поверхности и направленными в объем твердого сплава, определяют форму нижней части гистерезисной петли «величина термо-эдс - время».The temperature gradient in this case depends on the degree of reduction or oxidation of the surface and the surface region. There may be various combinations of factors (changing surface and subsurface region properties upon cooling), which entail a decrease or increase in the temperature gradient between the probes, due to which the thermo-emf when cooling the hot probe can decrease with one or another intensity. At the same time, it was found that any final change in the thermo-emf during control is associated with a change in the wear resistance of the cutting tool. The temperature gradient between the probes can decrease due to an increase in the rate of decay of surface films and the predominance of reduction processes occurring in near-surface layered structures, due to the intense decay of the surface oxide structure and with insignificant changes in the surface region. The temperature gradient can increase due to the intense decomposition of surface oxycarbide structures with a predominance of oxidative processes in the surface region. Due to the decay of near-surface layered structures and intense surface oxidation. A different ratio between the heat fluxes propagating during cooling along the surface and directed into the volume of the hard alloy determines the shape of the lower part of the hysteresis loop “thermopower value - time”.
В процессе экспериментов было установлено, что износостойкость титан-вольфрам-кобальтовых твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р при резании материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, тесным образом связана с формой кривых термо-эдс, полученных в зависимости от времени, при осуществлении контроля поверхности в процессе нагревания вольфрамового зонда и последующего его охлаждения. В итоге кривые, термо-эдс, полученные при нагревании и охлаждении, образуют гистерезисную петлю с некоторой площадью. С уменьшением площади гистерезиса эксплуатационные характеристики режущей пластины - ее износостойкость возрастает. Более интенсивный рост термо-эдс при нагревании может сопровождаться как более интенсивным, так и менее интенсивным снижением термо-эдс при охлаждении. Также менее интенсивный рост термо-эдс при нагревании может сопровождаться как менее интенсивным, так и более интенсивным снижением термо-эдс при охлаждении. На Фиг.1 представлены типичные зависимости термо-эдс, полученные соответственно при нагревании (верхняя ветвь ОАВСД и нижняя ветвь ДЕКМР), образующие гистерезис. Со снижением площади гистерезиса износостойкость твердосплавных режущих пластин увеличивается. Таким образом, чем менее интенсивно при нагревании происходит рост термо-эдс от времени (кривая ОАВСД) и чем менее интенсивно при охлаждении происходит снижение термо-эдс от времени (кривая ДЕКМР), тем более высокие эксплуатационные характеристики (износостойкость) имеют твердосплавные пластины из титан-вольфрам-кобальтовых твердых сплавов (группа применяемости Р).In the course of experiments, it was found that the wear resistance of titanium-tungsten-cobalt carbide cutting tools of the applicability group P when cutting materials that cause intense diffusion wear is closely related to the shape of the thermo-emf curves obtained depending on time when monitoring the surface in the process heating the tungsten probe and its subsequent cooling. As a result, the curves, thermo-emfs obtained by heating and cooling form a hysteresis loop with a certain area. With a decrease in the hysteresis area, the operational characteristics of the cutting insert - its wear resistance increases. A more intense increase in thermo-emf upon heating can be accompanied by both a more intense and less intense decrease in thermo-emf upon cooling. Also, a less intense increase in the thermo-emf upon heating can be accompanied by both a less intense and a more intense decrease in the thermo-emf upon cooling. Figure 1 shows typical dependences of the thermo-emf obtained respectively upon heating (the upper branch of the OAFSD and the lower branch of the DEKMR), which form hysteresis. With a decrease in the hysteresis area, the wear resistance of carbide inserts increases. Thus, the less intensively the thermoelectric power increases with time (OAVSD curve) during heating and the less intense the thermoelectric power decreases with time (DEKMR curve) when cooling, the higher performance characteristics (wear resistance) of titanium carbide plates - tungsten-cobalt hard alloys (group of applicability P).
Основными причинами роста износостойкости режущих инструментов группы применяемости Р при снижении площади гистерезисной петли являются: формирование на поверхности когерентной с поверхностью тонкой оксикарбидной или оксидной пленки, снижающей высокотемпературный абразивный износ, образование прочной химической связи между элементами в оксикарбогидридных соединениях на основе титана и вольфрама, образование приповерхностной слоистой структуры, служащей эффективным теплоизолирующим экраном, снижение в итоге химической активности у поверхностных и приповерхностных соединений. Неинтенсивный характер роста термо-эдс при нагревании и неинтенсивный характер снижения термо-эдс при охлаждении свидетельствует с одной стороны о низкой химической активности поверхности, а с другой - о высокой прочности химической связи, образующейся между элементами поверхности и приповерхностной области при нагревании. Вследствие указанных причин растворение структуры твердого сплава в обрабатываемом материале в условиях трения при высоких температурах является низким (низкий диффузионный износ), а соответственно, износостойкость режущих инструментов группы применяемости Р при резании материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, является высокой.The main reasons for the increase in the wear resistance of cutting tools of the applicability group P with a decrease in the area of the hysteresis loop are: the formation on the surface of a coherent surface of a thin oxycarbide or oxide film that reduces high-temperature abrasive wear, the formation of a strong chemical bond between elements in oxycarbonhydride compounds based on titanium and tungsten, and the formation of near-surface layered structure that serves as an effective heat-insulating screen, a decrease in the result of chemical activity ty at surface and subsurface compounds. The non-intense nature of the growth of the thermoelectric power during heating and the non-intense nature of the decrease in the thermoelectric power during cooling indicates, on the one hand, the low chemical activity of the surface and, on the other, the high strength of the chemical bond formed between the surface elements and the surface region upon heating. Due to these reasons, the dissolution of the structure of the hard alloy in the processed material under friction at high temperatures is low (low diffusion wear), and accordingly, the wear resistance of cutting tools of the applicability group P when cutting materials causing intense diffusion wear is high.
Формирование наиболее эффективной оксидной (полиоксидной) структуры на поверхности, обеспечивающей наибольшую износостойкость режущих инструментов группы применяемости Р зависит в первую очередь от состава и состояния объемной структуры твердых сплавов, прочности химической связи у сложных карбидов, эффективного распределения прочности химической связи у карбидов по объему зерен, состояния связи между карбидным зерном и кобальтом, наличия контролируемых и неконтролируемых примесей в карбидном зерне, кобальте на межфазной границе и т.д.The formation of the most effective oxide (polyoxide) structure on the surface, which provides the greatest wear resistance of cutting tools of the applicability group P, depends primarily on the composition and state of the volumetric structure of hard alloys, the chemical bond strength of complex carbides, and the effective distribution of chemical bond strength of carbides in terms of grain volume, the state of bonding between carbide grain and cobalt, the presence of controlled and uncontrolled impurities in carbide grain, cobalt at the interface etc.
Таким образом, чем меньше площадь гистерезисной петли, полученной при измерении термо-эдс в процессе нагревания и последующего охлаждения вольфрамового зонда, тем выше химическая инертность поверхности, ниже интенсивность образования соединений на поверхности и в приповерхностной области, выше прочность химической связи у образующихся соединений, тем эффективнее поверхностные оксикарбидные (оксидные) пленки предохраняют поверхность от высокотемпературного абразивного износа, тем выше теплоизоляционная способность поверхностных и приповерхностных соединений. Вследствие этого износостойкость твердосплавного режущего инструмента группы применяемости Р возрастает.Thus, the smaller the area of the hysteresis loop obtained by measuring the thermo-emf during heating and subsequent cooling of the tungsten probe, the higher the chemical inertness of the surface, the lower the rate of formation of compounds on the surface and in the near-surface region, the higher the chemical bond strength in the resulting compounds, the more effective surface oxycarbide (oxide) films protect the surface from high-temperature abrasive wear, the higher the thermal insulation ability of surface and surface connections. As a result, the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group P increases.
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. 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 площадью гистерезисной петлей, 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 the on-line analysis and comparison of current controlled and reference parameters obtained in a wide range of cutting conditions and cutting temperatures. The properties of 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 area of the hysteresis loop.
Реализация способа осуществляется, последовательно проходя несколько этапов. Сначала твердосплавные режущие инструменты (режущие пластины) подвергают контролю путем измерения термо-эдс. На фиг.2 представлена схема установки для осуществления измерения поверхностной термо-эдс. Предварительно перед измерениями производят очистку поверхностей у режущих пластин. После этого на любую удобную для измерения поверхность помещают измерительную головку прибора с медным - 1 и вольфрамовым - 2 зондами. Медный зонд является «холодным», а вольфрамовый является «горячим». Медный и вольфрамовый зонды изготовлены из проволоки диаметром 2,5 мм. Нагрев вольфрамового зонда при контроле поверхности производится с помощью спирали, изготовленной из нихромовой проволоки диаметром 0,25 мм. Расстояние между зондами в положении контроля составляет 4 мм. Нагревание горячего зонда осуществляется от индивидуального источника питания при напряжении 20 В. Прибор оснащен цифровым вольтметром, регистрирующим величину термо-эдс, генерируемую при включенном и выключенном нагревании вольфрамового зонда. Цифровой вольтметр через преобразователь соединен с компьютером, а непрерывно фиксируемые данные передаются на дисплей. Измерение (фиксацию) термо-эдс производили через каждые 15 сек после включения нагревания на «горячем» зонде. Процесс измерения термо-эдс на этапе нагрева продолжается в течении 2-4 мин. В результате измерений получаем данные для построения кривой ОАБСД. После выключения нагревания «горячего» зонда также через каждые 15 сек измеряют (фиксируют) термо-эдс при охлаждении. В результате получают данные для кривой ДЕКМР. В итоге при измерении термо-эдс у партии твердосплавных пластин при включенном и выключенном нагревании «горячего» зонда получают семейство гистерезисных кривых, имеющих ту или иную площадь.The implementation of the method is carried out sequentially through several stages. First carbide cutting tools (cutting inserts) are subjected to control by measuring the thermo-emf. Figure 2 presents a diagram of the installation for measuring surface thermal emf. Prior to measurements, the surfaces of the cutting inserts are cleaned. After that, the measuring head of the device with copper - 1 and tungsten - 2 probes is placed on any surface convenient for measurement. The copper probe is “cold” and the tungsten probe is “hot”. Copper and tungsten probes are made of wire with a diameter of 2.5 mm. The tungsten probe is heated during surface control using a spiral made of nichrome wire with a diameter of 0.25 mm. The distance between the probes in the control position is 4 mm. The hot probe is heated from an individual power source at a voltage of 20 V. The device is equipped with a digital voltmeter that records the value of the thermo-emf generated when the tungsten probe is turned on and off. A digital voltmeter is connected to a computer through a converter, and continuously recorded data is transmitted to the display. Measurement (fixation) of the thermo-emf was carried out every 15 seconds after turning on the heating on the "hot" probe. The process of measuring the thermo-emf at the heating stage continues for 2-4 minutes. As a result of the measurements, we obtain data for constructing the OABSD curve. After the heating of the "hot" probe is turned off, also every 15 seconds the thermo-emf is measured (fixed) during cooling. As a result, data for the DECM curve are obtained. As a result, when measuring the thermo-emf of a batch of carbide inserts with the hot probe turned on and off, a family of hysteresis curves having one or another area is obtained.
Затем 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 или сплава, вызывающих интенсивный диффузионный 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).Then carry out reference 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 or alloy, causing intense diffusion wear. Cutting is carried out at an optimum or close to cutting speed [see, for example, RU 2168394 C2, 7 V23B 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).
После этого строится график эталонной зависимости «износостойкость - величина площади гистерезисной петли», ограниченной сверху соответственно кривой ОАВСД, полученной при включенном нагревании «горячего» (вольфрамового) зонда, и ограниченной снизу соответственно кривой ДЕКМР, полученной при выключенном нагревании «горячего» зонда. Между износостойкостью режущих инструментов группы применяемости Р и площадью гистерезисной петли существует устойчивая корреляционная связь. С уменьшением площади гистерезисной петли у контролируемых режущих пластин (Sпт) при обработке ими углеродистой стали 65, вызывающей интенсивный диффузионный износ, их износостойкость возрастает. Данная экспериментально полученная зависимость достаточно хорошо аппроксимируется с высокой степенью тесноты корреляционной связи линейной зависимостью:After that, a graph of the reference dependence “wear resistance - the value of the area of the hysteresis loop” is plotted, bounded above, respectively, by the OAVSD curve obtained when the heating of the “hot” (tungsten) probe is turned on, and bounded below, respectively, by the DEKMR curve obtained when the heating of the “hot” probe is turned off. There is a stable correlation between the wear resistance of cutting tools of the applicability group P and the area of the hysteresis loop. With a decrease in the area of the hysteresis loop of the controlled cutting inserts (S fr ) during their processing of carbon steel 65, which causes intense diffusion wear, their wear resistance increases. This experimentally obtained dependence is quite well approximated with a high degree of tightness of the correlation relationship by a linear dependence:
ТПТ=-аЭ·SТ+вЭ.T PT = -a Э · S T + in Э.
Последующий контроль твердосплавных режущих инструментов текущей партии поставляемой продукции производится на основании измерения только выбранного исходного параметра, а именно: величины площади гистерезисной петли, ограниченной верхней кривой, полученной при измерении термо-эдс при включенном нагревании «горячего» зонда, и нижней кривой, полученной при измерении термо-эдс при выключенном нагревании «горячего» зонда. На основании полученной эталонной зависимости «износостойкость (ТЭ) - площадь (SЭ)» и формулы (1), приведенной выше, осуществляется прогноз износостойкости текущей партии твердосплавной продукции. Прогнозируемая износостойкость может быть выше или ниже полученной при эталонных испытаниях. С уменьшением Sпт (средняя площадь гистерезисной петли для контролируемой выборки) прогнозируемая износостойкость режущих пластин у поставляемой партии возрастает. Предлагаемый способ позволяет прогнозировать с высокой точностью износостойкость твердосплавных группы применяемости Р режущих инструментов при обработке сталей и сплавов, вызывающих интенсивный диффузионный износ. Избирательность (направленность) данного способа на прогнозирование износостойкости твердосплавных режущих инструментов только группы применяемости Р существенно повышает его точность.Subsequent control of carbide cutting tools of the current batch of delivered products is based on measuring only the selected initial parameter, namely: the size of the hysteresis loop bounded by the upper curve obtained by measuring the thermo-emf when the “hot” probe is turned on, and the lower curve obtained by measuring the thermo-emf when the "hot" probe is turned off. Based on the obtained reference relationship "wear resistance (T E ) - area (S E )" and formula (1) above, a forecast of the wear resistance of 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 decreasing S pt (the average area of the hysteresis loop for the controlled sample), the predicted wear resistance of the inserts in the delivered batch increases. The proposed method allows to predict with high accuracy the wear resistance of carbide group applicability P cutting tools in the treatment of steels and alloys, causing intense diffusion wear. The selectivity (focus) of this method for predicting the wear resistance of carbide cutting tools of only the applicability group P significantly increases its accuracy.
На фиг.5 представлена графическая корреляционная зависимость изменения величины износостойкости (Т) твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р от величины площади (S).Figure 5 presents a graphical correlation dependence of the change in the value of wear resistance (T) of carbide cutting tools of the applicability group P on the size of the area (S).
Пример осуществления способа прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Сначала полученные при выборке твердосплавные режущие пластины из Т30К4 из предыдущей (эталонной) партии продукции протираются спиртовым раствором и подвергаются контролю путем измерения поверхностной термо-эдс (метод Зеебека). Термо-эдс после включения нагрева для «горячего» зонда измерялась в течении 4 мин через каждые 15 сек. За это время «горячий» зонд нагревался в пределах до 120-140°С. После выключения нагревания для «горячего» зонда термо-эдс также измерялась в течении 4 мин и также через каждые 15 сек. Величина условной площади гистерезисной петли S (мкВ×сек), полученной по результатам измерения термо-эдс у первой выборки режущих пластин при включенном и выключенном «горячем» зонде, составила: 5250; 5750; 6050; 6270; 6490; 7025; 7510; 8035; 8485; 9020. Среднее значение площади (SЭ1) гистерезиса составляет 6988 (мкВ×сек). Величина условной площади гистерезисной петли S (мкВ×сек), полученной по результатам измерения термо-эдс у второй выборки режущих пластин при включенном и выключенном «горячем» зонде, составила: 8110; 8540; 8750; 9015; 9520; 9985; 10240; 10495; 11030; 11250. Среднее значение площади (SЭ2) гистерезиса составляет 9694 (мкВ×сек).An example of a method for predicting the wear resistance of carbide cutting tools. First, carbide cutting inserts from T30K4 obtained from a previous (reference) batch of products obtained during sampling are first wiped with an alcohol solution and subjected to control by measuring the surface thermal emf (Seebeck method). The thermo-emf after turning on the heating for the “hot” probe was measured for 4 minutes every 15 seconds. During this time, the “hot” probe was heated to 120-140 ° C. After turning off the heating for the “hot” probe, the thermo-emf was also measured for 4 minutes and also every 15 seconds. The value of the conditional area of the hysteresis loop S (μV × s) obtained by measuring the thermo-emf of the first sample of cutting inserts with the hot probe turned on and off was: 5250; 5750; 6050; 6270; 6490; 7025; 7510; 8035; 8485; 9020. The average value of the area (S E1 ) of the hysteresis is 6988 (μV × s). The value of the conditional area of the hysteresis loop S (μV × s) obtained by measuring the thermo-emf of the second sample of cutting inserts with the hot probe on and off was: 8110; 8540; 8750; 9015; 9520; 9985; 10240; 10,495; 11030; 11250. The average value of the area (S E2 ) of the hysteresis is 9694 (μV × s).
Затем проводятся испытания на износостойкость твердосплавных режущих инструментов - твердосплавных режущих пластин марки Т30К4, прошедших этап контроля с помощью измерения поверхностной термо-эдс. В качестве обрабатываемого материала использовалась углеродистая сталь 65. Скорость резания при испытаниях выбиралась равной 120 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 выборки составила: 43,0; 42,0; 40,5; 40,0; 39,5; 39,0; 37,5; 36,0; 33,0; 32,0 мин. Среднее значение составило 38,65 мин. Стойкость для образцов из 10 штук второй эталонной выборки составила: 35,0; 34,5; 33,0; 32,5; 30,0; 29,5; 28,0; 27,0; 27,0; 25,0 мин. Среднее значение составило 30,15 мин.Then, tests are carried out on the wear resistance of carbide cutting tools - carbide cutting inserts of the T30K4 brand, which have passed the control stage by measuring the surface thermo-emf. As the processed material, carbon steel 65 was used. The cutting speed during the tests was chosen equal to 120 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 sample was: 43.0; 42.0; 40.5; 40.0; 39.5; 39.0; 37.5; 36.0; 33.0; 32.0 minutes The average value was 38.65 minutes. Resistance for samples of 10 pieces of the second reference sample was: 35.0; 34.5; 33.0; 32.5; 30.0; 29.5; 28.0; 27.0; 27.0; 25.0 minutes The average value was 30.15 minutes.
Измеренные и рассчитанные характеристики термо-эдс сопоставляли со значением износостойкости твердосплавных режущих инструментов, полученной при резании стали 65. По данным Т (износостойкости твердосплавных режущих инструментов) и величине S (площади гистерезисной петли) строили график эталонной, корреляционной зависимости «износостойкость (ТЭ) - площадь гистерезисной петли (SЭ)». Точки, полученные при сопоставлении Т и S для обеих выборок, достаточно точно укладываются на общую прямую зависимости «ТЭ (износостойкость) - SЭ (площадь)», что свидетельствует о высокой корреляционной связи между износостойкостью и площадью гистерезисной петли (отражающей интенсивность окисления поверхности - кривая ОАВСД и интенсивность поляризации - роста относительной диэлектрической проницаемости - кривая ДЕКМР). На фиг.3 и 4 представлены значения величины площади гистерезисной петли для режущих пластин из Т30К4 соответственно у выборок 1 и 2, подвергшихся контролю, путем измерения поверхностной термо-эдс при включенном и выключенном нагревании «горячего» зонда.The measured and calculated characteristics of the thermo-emf were compared with the wear resistance of carbide cutting tools obtained by cutting steel 65. According to T (wear resistance of carbide cutting tools) and S (hysteresis loop area), a reference graph was constructed, the correlation dependence “wear resistance (T E ) - the area of the hysteresis loop ( SE ). " The points obtained by comparing T and S for both samples fit quite accurately into the general direct relationship “T E (wear resistance) - S E (area)”, which indicates a high correlation between wear resistance and the area of the hysteresis loop (reflecting the intensity of surface oxidation - OAVSD curve and polarization intensity - relative permittivity growth - DEKMR curve). Figures 3 and 4 show the values of the hysteresis loop area for T30K4 cutting inserts, respectively, for the
На фиг.5 представлены зависимости износостойкости режущих пластин из Т30К4 группы применяемости Р (на основании испытания режущих пластин из выборок 1 и 2) при обработке ими стали 65 от площади гистерезисной петли. Для осуществления прогнозирования износостойкости у твердосплавных режущих пластин в последующей текущей (изготовленной или полученной) и предназначенной для потребления партии образцов производят испытание только величины площади гистерезисной петли по показаниям термо-эдс, измеренной на поверхности. По результатам измерения термо-эдс площадь гистерезисной петли для 10 режущих пластин из твердого сплава Т30К4 из поставляемой (текущей) партии составила: 6010; 6080; 7150; 7380; 7940; 8180; 8230; 8340; 9120; 9160. Общее среднее значение (S) для данной величины составило 7760 (мкВ×сек). На основании среднего значения величины (SПТ), полученной при измерении термо-эдс на поверхности твердосплавных режущих пластин из Т30К4 текущей партии, и формулы (1) находят (Тпт) - средне прогнозируемое значение износостойкости твердосплавных режущих пластин из Т30К4 у текущей партии поставляемой продукции. В итоге прогнозируемое значение износостойкости из расчетов для контролируемой текущей партии продукции составило в среднем 35,72 мин, что находится на уровне величины износостойкости эталонной (предыдущей) партии полученных резцов. Контрольные проверки, проведенные при резании, показали, что средняя износостойкость выборки текущей партии режущих пластин составила 36, 40 мин. Последнее подтверждает точность прогноза. При осуществлении прогнозирования износостойкости для текущей партии твердосплавных 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 твердосплавных режущих инструментов (износостойкостью) и свойствами твердых сплавов генерировать на поверхности и в приповерхностных слоях при нагревании эффективную защиту от абразивного и теплового воздействия. На фиг.5 представлена корреляционная зависимость прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов из Т30К4 (группы применяемости Р) при резании углеродистой стали 65 от величины площади гистерезисной петли, полученных при их контроле.Figure 5 presents the dependence of the wear resistance of cutting inserts from T30K4 of the applicability group P (based on testing the cutting inserts from samples 1 and 2) when processing steel 65 on the area of the hysteresis loop. To predict the wear resistance of carbide cutting inserts in the subsequent current (manufactured or obtained) and intended for consumption batch of samples, only the hysteresis loop area is tested according to the readings of the thermo-emf measured on the surface. According to the results of measuring the thermo-emf, the area of the hysteresis loop for 10 cutting inserts from T30K4 hard alloy from the delivered (current) batch was: 6010; 6080; 7150; 7380; 7940; 8180; 8230; 8340; 9120; 9160. The total average value (S) for this value was 7760 (μV × s). Based on the average value of (S PT ) obtained when measuring the thermo-emf on the surface of carbide cutting inserts from T30K4 of the current batch, and formula (1) find (T pt ) - the average predicted wear resistance of carbide cutting inserts from T30K4 for the current batch of supplied products. As a result, the predicted value of wear resistance from calculations for the controlled current batch of products averaged 35.72 min, which is at the level of the wear resistance of the reference (previous) batch of cutters obtained. Control tests carried out during cutting showed that the average wear resistance of a sample of the current batch of cutting inserts was 36, 40 min. The latter confirms the accuracy of the forecast. 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. The method has a high forecast accuracy. This is due to the close relationship between the properties of carbide cutting tools (wear resistance) and the properties of hard alloys to generate effective protection against abrasive and thermal effects when heated on the surface and in the surface layers. Figure 5 shows the correlation dependence of the predicted wear resistance of carbide cutting tools from T30K4 (applicability group P) when cutting carbon steel 65 on the size of the hysteresis loop area obtained during their control.
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%.Because the wear resistance comparisons of forecast data obtained in accordance with the prototype and the proposed method, and as a result of experimental studies wear resistance control performed in the process of cutting carbon steel showed that the results obtained in accordance with the prior art, different from the control test on 15- 20%, while the results obtained by the proposed method, only differ by 5-10%.
Таким образом, предлагаемый способ контроля - прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов может быть использован с достаточно высокой экономической эффективностью на предприятиях, изготавливающих или 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 manufacturing or consuming carbide products.
Claims (1)
ТПТ=-аЭ·SПТ+вЭ,
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;
SПТ (мкВ·с) - текущее значение (площадь гистерезисной петли) выбранного исходного параметра, полученное при контроле теплофизических свойств поверхности твердосплавных режущих инструментов (пластин), из текущей (контролируемой партии);
Тэ1 и Тэ2 (мин) - износостойкость в минутах для двух выборок сменных твердосплавных режущих инструментов (пластин) из эталонной партии твердосплавной продукции;
Sэ1 и Sэ2 (мкВ·с) - значения исходного параметра (площадь гистерезисной петли) для двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов (пластин), полученная при контроле поверхности у твердосплавных режущих пластин из эталонной партии принимаемой (отправляемой) продукции, отличающийся тем, что в качестве исходного параметра используют площадь гистерезисной петли - S, полученной при контроле поверхностной термо-ЭДС с включенным и выключенным нагревом горячего зонда с уменьшением площади (S) которой износостойкость возрастает. A method for predicting the wear resistance of carbide applicability groups of R 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 structure formed during the manufacture of carbide cutting tool, the construction of the reference - correlation dependence "initial parameter - wear bone "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:
Т ПТ = -а Э · S ПТ + в Э ,
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;
S PT (μV · s) - the current value (hysteresis loop area) of the selected initial parameter obtained by monitoring the thermophysical properties of the surface of carbide cutting tools (inserts) from the current (controlled batch);
Te 1 and Te 2 (min) - wear resistance in minutes for two samples of interchangeable carbide cutting tools (inserts) from the reference batch of carbide products;
Se 1 and Se 2 (μV · s) are the values of the initial parameter (hysteresis loop area) for two samples of carbide cutting tools (inserts), obtained by surface control of carbide cutting inserts from a reference batch of received (sent) products, characterized in that as the initial parameter, the area of the hysteresis loop is used — S obtained by monitoring the surface thermo-EMF with the hot probe turned on and off with decreasing area (S) of which the wear resistance increases.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011106683/28A RU2459193C1 (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011106683/28A RU2459193C1 (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2459193C1 true RU2459193C1 (en) | 2012-08-20 |
Family
ID=46936761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011106683/28A RU2459193C1 (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2459193C1 (en) |
Cited By (4)
| 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 |
| RU2570367C1 (en) * | 2014-07-10 | 2015-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance |
| 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 |
| RU2596864C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1341542A1 (en) * | 1985-07-22 | 1987-09-30 | Новополоцкий Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Белоруссии | Method of investigating the cutting properties of plated tools |
| RU2315972C1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools |
| RU2370750C1 (en) * | 2008-07-28 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of forecasting wear resistance of cemented-carbide cutting tool |
-
2011
- 2011-02-22 RU RU2011106683/28A patent/RU2459193C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1341542A1 (en) * | 1985-07-22 | 1987-09-30 | Новополоцкий Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Белоруссии | Method of investigating the cutting properties of plated tools |
| RU2315972C1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools |
| RU2370750C1 (en) * | 2008-07-28 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of forecasting wear resistance of cemented-carbide cutting tool |
Cited By (4)
| 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 |
| RU2570367C1 (en) * | 2014-07-10 | 2015-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance |
| 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 |
| RU2596864C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mathur et al. | Deformation in the γ-Mg17Al12 phase at 25–278 C | |
| Tsurekawa et al. | Correlation of grain boundary connectivity with grain boundary character distribution in austenitic stainless steel | |
| RU2459192C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2459193C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| Stépán et al. | Time-resolved measurement of surface diffusion induced by femtosecond laser pulses | |
| RU2370750C1 (en) | Method of forecasting wear resistance of cemented-carbide cutting tool | |
| Besozzi et al. | Thermomechanical properties of amorphous metallic tungsten-oxygen and tungsten-oxide coatings | |
| Yagodzinskyy et al. | Effect of hydrogen on plastic strain localization in single crystals of austenitic stainless steel | |
| RU2422800C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Zheng et al. | Quantum diffusion of H on Pt (111): Step effects | |
| Alkorta et al. | Assessment of elastic anisotropy and incipient plasticity in Fe3C by nanoindentation | |
| Shaw et al. | Fatigue crack growth and stress redistribution at interfaces | |
| Reimanis et al. | Influence of Cu2O and CuAlO2 Interphases on Crack Propagation at Cu/α‐Al2O3 Interfaces | |
| Ma et al. | Scanning Kelvin probe force microscopy study on the behavior of hydrogen transport by mobile dislocations in single crystal nickel | |
| RU2422801C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2569920C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Barnes et al. | The kinetics of formation and structure of an underlayer alloy: the Cu (1 0 0)-c (2× 2)–Pd system | |
| RU2591874C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Wu et al. | Dry sliding wear of nanostructured Fe30Ni20Mn20Al30 | |
| RU2251095C1 (en) | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2534730C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2541388C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2584275C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Kupka et al. | Effect of hydrogen on room-temperature plasticity of B2 iron aluminides | |
| Divinski et al. | Interphase boundary diffusion of 44Ti in two-phase TiAl with lamellar α2/γ structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130223 |