RU2569901C1 - Forecasting of carbide cutting tool wear resistance - Google Patents
Forecasting of carbide cutting tool wear resistance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569901C1 RU2569901C1 RU2014123929/28A RU2014123929A RU2569901C1 RU 2569901 C1 RU2569901 C1 RU 2569901C1 RU 2014123929/28 A RU2014123929/28 A RU 2014123929/28A RU 2014123929 A RU2014123929 A RU 2014123929A RU 2569901 C1 RU2569901 C1 RU 2569901C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbide
- wear resistance
- cutting
- oxygen
- wear
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
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 [SU А.С. 268720, МПК G01N 3/58, БИ 1970, №14].A known method for determining the wear resistance of hard alloys is that the test material is placed in an alternating magnetic field with a strength of the order of 5 Oersteds, the magnetic permeability of the material is measured, and the magnitude of the material’s wear resistance is determined from the magnetic permeability-resistance calibration chart constructed for the reference sample [ SU A.S. 268720, IPC G01N 3/58, BI 1970, No. 14].
Одним из недостатков известного способа является то, что при измерении не учитывается влияние массы и размагничивающего фактора изделий, имеющих часто различные формы и габаритные размеры на величину магнитной проницаемости, что приводит к снижению точности измерений. Кроме того, эксплуатационная характеристика-износостойкость контролируется данным способом посредством оценки физического состояния с помощью относительной магнитной проницаемости только в одной из компонент твердого сплава - кобальтовой связке. Это происходит потому, что карбид вольфрама - парамагнетик и вклад его от намагниченности в общую относительную магнитную проницаемость небольшой. Поэтому, с помощью данного способа производится, по существу, оценка относительной магнитной проницаемости кобальта, его количество и деформированное состояние. При этом совершенно не учитываются другие свойства поверхности и объема твердого сплава, в том числе, когезионное и адгезионное состояние на границах фаз и в объеме компонентов твердого сплава и т.д. Вследствие рассмотренных причин этот способ отличается низкой точностью при оценке износостойкости твердых сплавов.One of the disadvantages of this method is that the measurement does not take into account the influence of the mass and demagnetizing factor of products, which often have different shapes and dimensions on the value of magnetic permeability, which reduces the accuracy of the measurements. In addition, the performance-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 — the 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 is estimated, its quantity and deformed state. 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, в соответствии с которым, сначала воздействуют на каждый инструмент (твердосплавную пластину) из партии. Затем, по измеренному параметру контроля и по результатам износа отобранного инструмента определяют режущие свойства всей партии инструментов. В качестве воздействия используют равномерно распределенный импульсный нагрев. При этом регистрируют хронологическую термограмму облученного световым потоком инструмента и по ней определяют коэффициент температуропроводности, который используют в качестве параметра контроля, характеризующего режущие свойства. [SU А.С. 1651155, МПК G0IN 3/58, БИ 1991 №19]. Выбранным исходным параметром в данном способе является величина температурной проводимости. 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. Температурная проводимость всех твердых сплавов отличается на незначительную величину. Вследствие этого при контроле очень сложно определить флуктуации температурной проводимости (изменяющие износостойкость) для одной конкретной марки твердого сплава (они практически незаметны). Кроме того измерение температурной проводимости сопряжено с большими техническими трудностями. Качественное обеспечение действий проверки, в этой ситуации надежными-воздействующими, регистрирующими и вспомогательными приборами и устройствами, гарантирующими высокую точность измерений, повлечет за собой значительное повышение себестоимости контрольных операций. Вследствие этого данный способ контроля является мало перспективным для использования как в лабораторных, так и в производственных условиях.A known method of controlling the cutting properties of a batch of carbide tools, in accordance with which, first they act on each tool (carbide plate) from the batch. Then, according to the measured control parameter and the results of wear of the selected tool, the cutting properties of the entire batch of tools are determined. As an effect, uniformly distributed pulsed heating is used. In this case, a chronological thermogram of the instrument irradiated with the light flux is recorded and the thermal diffusivity coefficient is determined from it, which is used as a control parameter characterizing the cutting properties. [SU A.S. 1651155, IPC
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 which consists in the following. Reference tests of cutting tools are carried out at a cutting speed that is optimal or close to it, tests are carried out to change the value of the initial parameter on the properties of the surface polyoxide structure of the hard alloy formed during its heating, the reference correlation dependence “initial parameter-wear resistance” is built, statistical control is performed only the value of the initial parameter for the current batch of carbide cutting tools. After that, wear resistance is predicted for the current batch of tools based on the relationship:
где Т (текущее), мин - износостойкость в минутах - среднее прогнозируемое время безаварийной работы твердосплавных режущих инструментов, подвергающихся испытаниям, из текущей партии образцов;where T (current), min - wear resistance in minutes - the average predicted time of trouble-free operation of carbide cutting tools undergoing tests from the current batch of samples;
Т (эталонное), мин - средняя износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;T (reference), min - average wear resistance in minutes for carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;
τ (эталонное), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;τ (reference), ps - the average value of the selected initial parameter obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;
τ (текущее), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из текущей - контролируемой партии. В качестве исходного параметра при этом используют величину времени жизни позитронов, внедренных в поверхность и приповерхностные слои твердых сплавов и производящих оценку электронной плотности их структуры. По величине электронной плотности прогнозируют износостойкость изготовленных режущих инструментов. [SU А.С. 2251095 МПК G01N 3/58 БИ 2005 №12]. Основным недостатком данного способа является высокая организационная сложность в его осуществлении. Для реализации этого способа необходим радиоактивный источник. В соответствии с нормами для его обслуживания существуют высокие требования. Необходимо иметь специальное помещение для его хранения. Измерение соответствующих параметров и обработку полученных результатов могут производить только специально подготовленный и обученный персонал. С помощью данного способа производится оценка структуры на атомном уровне и не всегда сопоставление данных результатов с результатами получаемыми по износостойкости приводит к точному прогнозу. Данный способ позволяет 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. [SU A.S. 2251095 IPC G01N 3/58 BI 2005 No. 12]. The main disadvantage of this method is the high organizational complexity in its implementation. To implement this method, a radioactive source is required. In accordance with the standards for its maintenance, there are high requirements. It is necessary to have a special room for its storage. The measurement of the relevant parameters and the processing of the results obtained can only be done by specially trained and trained personnel. Using this method, the structure is assessed 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 - to predict the wear resistance of hard alloys similar in appearance and degree of defective structure. A comparison of structures that differ greatly in appearance and degree of defectiveness gives quite noticeable errors in predicting the wear resistance of carbide cutting tools. As a result of this, this method for predicting wear resistance does not exactly characterize the operational properties determined by the degree of defective structure, which ultimately reduces the degree of tightness of the correlation between the initial parameter and the wear resistance of cutting tools. Nevertheless, this control method informatively reflects the operational state of the surface structure of the tool material, which is important for establishing a relationship between this characteristic and adhesive wear, which largely depends on the type and degree of imperfection of the surface layer, and we choose it as a prototype.
Задачей предлагаемого способа - прогнозирования износостойкости твердосплавных вольфрам-кобальтовых группы применяемости К режущих инструментов является повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование основано на тесной корреляционной зависимости между износостойкостью и концентрацией кислорода, содержащегося в поверхностной и приповерхностной структуре твердого сплава. С увеличением концентрации кислорода в поверхностной и приповерхностной структуре твердых сплавов группы применяемости К износостойкость, изготовленных из этих твердых сплавов режущих инструментов, при резании сталей и сплавов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает.The objective of the proposed method is predicting the wear resistance of carbide tungsten-cobalt applicability groups K of cutting tools is to increase accuracy and reduce the complexity in predicting the wear resistance of carbide cutting tools. Prediction is based on a close correlation between wear resistance and the concentration of oxygen contained in the surface and near-surface structure of the hard alloy. With an increase in the oxygen concentration in the surface and near-surface structure of hard alloys of the applicability group K, the wear resistance made of these hard alloys of cutting tools increases when cutting steels and alloys that cause intense adhesive wear.
Поставленная задача при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов (режущих пластин) группы применяемости К в предлагаемом способе решается путем использования выбранного исходного параметра и включает: проведение испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавных режущих материалов, проведение эталонных испытаний режущих инструментов на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания, построение эталонной-корреляционной зависимости «износостойкость - исходный параметр», статистический контроль только величины исходного параметра у текущей (поступающей к потребителю) партии твердосплавных режущих инструментов, прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов на основании зависимости:The task in predicting the wear resistance of carbide cutting tools (cutting inserts) of the applicability group K in the proposed method is solved by using the selected initial parameter and includes: testing for changing the value of the initial parameter from the properties of the surface and surface structures formed during the manufacturing of carbide cutting materials, benchmark tests of cutting tools for wear resistance in the process of cutting materials, causing x intensive adhesive wear at an optimum or close cutting speed, construction of a reference-correlation dependence “wear resistance - initial parameter”, statistical control of only the value of the initial parameter for the current (incoming to the consumer) batch of carbide cutting tools, prediction of wear resistance for the current batch of carbide tools based on the dependency:
где аэ и bэ - постоянные коэффициенты:where a e and b 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 поверхностной и приповерхностной структуры твердосплавных сменных режущих пластин из текущей-прогнозируемой партии твердосплавной продукции;S pt is the current value of the selected initial parameter obtained by monitoring the surface and near-surface structure of carbide replaceable cutting inserts from the current-predicted batch of carbide products;
Тэ1 и Тэ2 - износостойкость в минутах для двух независимых выборок сменных твердосплавных режущих инструментов из эталонной (предыдущей) партии твердосплавной продукции;T e1 and T e2 - wear resistance in minutes for two independent samples of interchangeable carbide cutting tools from the reference (previous) batch of carbide products;
Sэ1 и Sэ2 - средние значения величин выбранного исходного параметра, полученные при контроле поверхностной и приповерхностной структуры для двух независимых выборок образцов твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии продукции, отличающийся тем, что с целью повышения точности прогнозирования износостойкости в качестве исходного параметра используют величину концентрации кислорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости К, возрастает.S e1 and S e2 are the average values of the selected initial parameter values obtained by monitoring the surface and surface structures for two independent samples of carbide cutting tools from a reference batch of products, characterized in that the concentration value is used as the initial parameter to increase the accuracy of predicting wear resistance oxygen contained in the surface and in the surface structure of the hard alloy, with an increase in which the wear resistance of carbide cutting x tools, the applicability group K is increasing.
Поверхностная и приповерхностная структура твердосплавного режущего инструмента группы применяемости К, формирующаяся в процессе изготовления твердого сплава, оказывает большое влияние на его износостойкость. Одной из важнейших характеристик поверхностной и приповерхностной структуры, определяющей важнейшие физико-механические и эксплуатационные свойства твердосплавных режущих инструментов данной группы, является ее способность аккумулировать значительную концентрацию кислорода. С одной стороны, с помощью различных способов контроля было установлено, что основная концентрация поглощаемого структурой твердого сплава группы применяемости К кислорода содержится на поверхности и в приповерхностных слоях. С другой стороны известно, что износостойкость режущих инструментов, в основном, зависит от состава и структурного состояния поверхности и приповерхностной области твердосплавного материала. Вследствие этого предлагаемый способ прогнозирования износостойкости режущих инструментов является обоснованным, достаточно надежным и точным.The surface and near-surface structure of the carbide cutting tool of the applicability group K, 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 subsurface structure, which determines the most important physical, mechanical and operational properties of carbide cutting tools of this group, is its ability to accumulate a significant concentration of oxygen. On the one hand, using various control methods, it was found that the main concentration of the absorbed structure of the hard alloy of the oxygen applicability group K is contained on the surface and in the surface layers. On the other hand, it is known that the wear resistance of cutting tools mainly depends on the composition and structural state of the surface and the surface region of the carbide material. As a result, the proposed method for predicting the wear resistance of cutting tools is reasonable, sufficiently reliable and accurate.
Кислород оказывает большое влияние как на формирование самой поверхностной и приповерхностной структуры твердого сплава, так и на процессы, развивающиеся в зонах взаимодействия инструментального и обрабатываемого материалов в процессе резания. Насыщение твердого сплава кислородом, за счет его адсорбции, происходит, в основном, на этапах приготовления составляющих компонентов (карбидных зерен и кобальтового порошка) в процессе их измельчения с помощью размола в шаровой мельнице. Причем основная масса адсорбируемого твердым сплавом группы применяемости К кислорода в итоге накапливается на поверхности и в приповерхностных слоях структуры. С увеличением удельной поверхности карбидных зерен вольфрама и кобальтовых частиц адсорбирующая способность их повышается, а концентрация поверхностного кислорода возрастает.Oxygen has a great influence both on the formation of the surface and near-surface structure of the hard alloy, and on the processes developing in the zones of interaction of tool and work materials during the cutting process. The saturation of the solid alloy with oxygen, due to its adsorption, occurs mainly at the stages of preparation of constituent components (carbide grains and cobalt powder) during grinding by grinding in a ball mill. Moreover, the bulk of the oxygen applicability group K adsorbed by the hard alloy eventually accumulates on the surface and in the surface layers of the structure. With an increase in the specific surface of tungsten carbide grains and cobalt particles, their adsorption capacity increases, and the concentration of surface oxygen increases.
Вначале молекулы кислорода адсорбируются наиболее активными в химическом отношении участками рельефа поверхности и приповерхностной области размалываемых порошковых частиц. Затем, за счет диффузии, кислород проникает в приповерхностные слои данных компонентов. К субъектам поверхностной и приповерхностной структуры карбидных зерен и кобальтовых частиц, на долю которых, в первую очередь, происходит значительная адсорбция молекул кислорода, относится пространство сообщающихся и закрытых пор, а также полости, образуемые системой коротких ветвящихся трещин. Наиболее высокая концентрация пор и трещин содержится в структуре карбидных зерен. Кобальтовая прослойка содержит в основном высокую концентрацию коротких ветвящихся трещин. Пористая система в карбидной структуре формируется при высокотемпературной обработке порошка вольфрама в процессе насыщения его углеродной компонентой. Система же трещин у карбидных и кобальтовых частиц образуется на этапах их размола в шаровой мельнице.Initially, oxygen molecules are adsorbed by the chemically most active regions of the surface topography and the surface region of the milled powder particles. Then, due to diffusion, oxygen penetrates into the surface layers of these components. The subjects of the surface and near-surface structure of carbide grains and cobalt particles, the share of which, first of all, is significant adsorption of oxygen molecules, include the space of communicating and closed pores, as well as the cavities formed by a system of short branching cracks. The highest concentration of pores and cracks is contained in the structure of carbide grains. The cobalt layer contains mainly a high concentration of short branching cracks. The porous system in the carbide structure is formed during the high-temperature treatment of tungsten powder in the process of saturation with its carbon component. The system of cracks in carbide and cobalt particles is formed at the stages of their grinding in a ball mill.
Адсорбирующая активность ювенильных поверхностей, формирующихся при измельчении-разрушении частиц в шаровой мельнице, зависит от концентрации активных центров, возникающих в плоскости сколов. Максимальная концентрация активных центров возникает в плоскости сколов кристаллической решетки с наиболее плотной упаковкой атомов. Разрушение карбидных и кобальтовых компонентов в плоскости с наиболее плотной упаковкой атомов происходит в каждом конкретном случае размола при определенных режимах, характеризующихся применением определенных размеров размалывающих шаров, их размеров и скорости вращения барабана.The adsorbing activity of juvenile surfaces formed during grinding-destruction of particles in a ball mill depends on the concentration of active centers arising in the plane of chips. The maximum concentration of active centers arises in the plane of cleaved crystal lattices with the densest packing of atoms. The destruction of carbide and cobalt components in the plane with the most dense packing of atoms occurs in each specific case of grinding under certain conditions, characterized by the use of certain sizes of grinding balls, their sizes and speed of rotation of the drum.
Молекулы кислорода при контакте с образующимися в результате разрушения поверхностями адсорбируются ими как физическим способом - за счет небольших сил взаимодействия, так и химическим, заканчивающимся образованием значительно более прочных соединений между адсорбентом и адсорбатом. Физически адсорбированная молекула кислорода имеет возможность перемещения по поверхности и при встрече с более сильным центром адсорбции образует устойчивую связь. Вместе с тем некоторая концентрация физически адсорбированных молекул подвергается десорбции с поверхности частиц. При химической адсорбции молекулы кислорода захватываются активными центрами поверхности частиц и диссоциируют на атомы. Одна часть атомов кислорода взаимодействует на поверхности с элементами адсорбента и образует химические соединения. Другая часть атомов может активно подвергаться диффузии в объемные слои порошковых частиц. Встреча атомов кислорода в глубинных слоях порошковых частиц с сильным активным центром заканчивается химической адсорбцией, а со слабым активным центром - физической адсорбцией. Поверхностный слой атомов кислорода, адсорбированный порошками, может быть как сплошным, так и дискретным. Это зависит от энергетического состояния поверхности, удельной поверхности частиц, их состава и др. Формирование на поверхности той или иной степени сплошности адсорбированного оксидного слоя зависит от концентрации и силы активных центров на порошковых компонентах и состава окружающей газовой среды. Наиболее стабильные кислородные соединения-сегрегации формируются вблизи сильных активных центров на поверхности частиц. При высокой концентрации активных центров на поверхности, кислородные сегрегации распространяются, объединяются, а затем и наслаиваются. В данном случае образуется сплошной оксидный покров, состоящий местами из нескольких атомных слоев. При низкой концентрации сильных активных центров на поверхности частиц атомы и молекулы кислорода скапливаются только вблизи активных центров и образуют соединения с атомами подложки без дальнейшего их распространения. В этом случае образуется дискретный поверхностный ландшафт оксидного адсорбата.Oxygen molecules in contact with the surfaces formed as a result of destruction are adsorbed by them both physically - due to small interaction forces, and chemical, resulting in the formation of much stronger compounds between the adsorbent and the adsorbate. A physically adsorbed oxygen molecule has the ability to move along the surface and when it meets a stronger adsorption center forms a stable bond. At the same time, a certain concentration of physically adsorbed molecules undergoes desorption from the surface of the particles. During chemical adsorption, oxygen molecules are captured by the active centers of the particle surface and dissociate into atoms. One part of the oxygen atoms interacts with adsorbent elements on the surface and forms chemical compounds. Another part of the atoms can be actively diffused into bulk layers of powder particles. The encounter of oxygen atoms in the deep layers of powder particles with a strong active center ends with chemical adsorption, and with a weak active center - with physical adsorption. The surface layer of oxygen atoms adsorbed by powders can be either continuous or discrete. It depends on the energy state of the surface, the specific surface of the particles, their composition, etc. The formation of a degree of continuity of the adsorbed oxide layer on the surface depends on the concentration and strength of active centers on the powder components and the composition of the surrounding gas medium. The most stable oxygen segregation compounds form near strong active centers on the surface of the particles. With a high concentration of active sites on the surface, oxygen segregation spreads, combines, and then layers. In this case, a continuous oxide coating is formed, which in some places consists of several atomic layers. At a low concentration of strong active centers on the particle surface, oxygen atoms and molecules accumulate only near active centers and form compounds with substrate atoms without their further propagation. In this case, a discrete surface landscape of the oxide adsorbate is formed.
Насыщение порошковых частиц кислордом продолжается также и при их размоле после процесса карбидизации. При этом на поверхности и в приповерхностных слоях возникают условия для формирования соединений с участием кислорода, углерода и металлической компоненты - вольфрама и кобальта.The saturation of the powder particles with oxygen continues also when they are milled after the carbidization process. At the same time, conditions arise on the surface and in the surface layers for the formation of compounds with the participation of oxygen, carbon, and the metal component — tungsten and cobalt.
В процессе спекания сформованной порошковой массы значительная концентрация физически адсорбированных молекул кислорода как на поверхности, так и в глубинных слоях порошковых частиц может переходить в химически адсорбированное состояние с образованием химических соединений с карбидом вольфрама и кобальтом. Одновременно с данным процессом некоторая концентрация физически адсорбированных молекул кислорода, имеющих слабую связь с частицами, находящимися в глубинных слоях спекаемой формовки, за счет температурного градиента, перемещаются к поверхности твердосплавного полуфабриката. В итоге в поверхностных и приповерхностных слоях спекаемого твердого сплава формируется высокая концентрация атомов и молекул кислорода, образующих различные по прочности соединения с металлическими компонентами. При этом, если во внутреннем объеме спекаемого твердого сплава основная концентрация кислорода, находящегося в твердом растворе с карбидом вольфрама и кобальтом располагается в глубинных слоях составляющих компонентов (карбидных зерен и кобальтовой прослойки), то в приповерхностных слоях кислород находится на периферии как карбидного зерна, так и кобальтовой прослойки.During sintering of the molded powder mass, a significant concentration of physically adsorbed oxygen molecules both on the surface and in the deep layers of the powder particles can transform into a chemically adsorbed state with the formation of chemical compounds with tungsten carbide and cobalt. Simultaneously with this process, a certain concentration of physically adsorbed oxygen molecules having a weak bond with particles located in the deep layers of the sintered molding, due to the temperature gradient, moves to the surface of the carbide semifinished product. As a result, a high concentration of oxygen atoms and molecules is formed in the surface and near-surface layers of the sintered hard alloy, which form compounds with various strengths with metal components. At the same time, if the main concentration of oxygen in the solid solution with tungsten carbide and cobalt is located in the deep layers of the constituent components (carbide grains and cobalt interlayer) in the inner volume of the sintered hard alloy, then in the surface layers oxygen is located on the periphery of both the carbide grain and and cobalt interlayer.
В процессе эксплуатации твердосплавных режущих инструментов на контактных поверхностях режущего клина непрерывно формируются, подвергаются разрушению и регенерации тонкопленочные полиоксидные диссипативные структуры. Их роль заключается в экранировании межмолекулярного взаимодействия между контактными поверхностями инструментального и обрабатываемого материалов и в обеспечении смазывающего эффекта. Образование диссипативных полиоксидных структур на контактных поверхностях твердосплавного режущего инструмента происходит одновременно как за счет кислорода окружающей газовой среды, так и за счет кислорода, аккумулированного внутренней структурой твердого сплава на отдельных этапах получения его компонентов и спекания композита в целом. Процесс образования оксидных и оксикарбидных структур на контактных поверхностях режущей пластины начинается с захвата газовых элементов, поступающих из глубинных слоев твердого сплава и со стороны окружающей газовой атмосферы. Чаще всего наиболее эффективным местом захвата атомов и молекул газовых элементов являются открытые и закрытые полости поверхностной структуры твердого сплава, возникающие на контактных поверхностях в процессе трибологического взаимодействия инструментального и обрабатываемого материалов. Процесс образования пор происходит вследствие реализации точечной адгезионной микросварки инструментального и обрабатываемого материалов в контакте и последующего разрушительного разъединения мест соединения. Микрогеометрические параметры образующихся, вследствие разрушения контактов, полостей зависят от прочности на сдвиг и растяжение материала твердого сплава, а также интенсивности адгезионных процессов. В зависимости от объема образующихся полостей, состояния их поверхностей и скорости доступа к ним газовой среды, на контактных поверхностях режущего клина, в начальный период резания могут выполняться различные виды адсорбции атомов и молекул окружающей газовой среды. При захвате газовых элементов контактной поверхностью, с учетом высокой скорости и концентрации их поступления во внутренние полости формируемой ювенильной пористости системы, как правило, в первую очередь, реализуется химическая адсорбция. При захвате газовых элементов не ювенильной внутренней поверхностью пор и при недостаточной скорости и концентрации, поступающих в полость газовых элементов, в первую очередь реализуется физическая адсорбция. Энергия активации для образования нового соединения в ювенильной полости, при взаимодействии вещества стенок полости с газовыми элементами, значительно ниже, чем при формировании такого же соединения в ранее образовавшейся полости (не ювенильной). Сформировавшаяся в полости новая структура, характеризующаяся иным составом, может химически адсорбировать одни газовые элементы, а физически - другие, или любые газовые элементы только в физическом варианте. После физической адсорбции поверхностью газовых элементов необходим некоторый период времени и затраты энергии для сближения реагирующих атомов и синтеза соединения. Последнее реализуется в результате амплитудного характера повышения температуры, выше среднедействующей в зонах контакта, происходящее, циклически при резании сталей и сплавов в отдельные периоды времени. Физическая адсорбция молекул кислорода не всегда заканчивается разложением их на атомы и образованием новых соединений - оксидных или оксикарбидных структур. Вместе с тем, молекула, физически адсорбированная не активной для разложения ее на атомы полостью, может быть подвержена десорбции и вновь адсорбирована, образовавшейся рядом другой полостью с более активной внутренней поверхностью, способной производить ионизацию. Образующиеся, во внутренних полостях оксидные или оксикарбидные соединения, могут разрастаться, выходить за их пределы и формировать на контактных поверхностях, так называемые, островковые образования. Связь островков с поверхностью определяется размерами внутренних полостей и прочностью оксидных соединений с их стенками, возникающих в начальный период адсорбции атомов кислорода. При высокой степени когерентности параметров кристаллических решеток материала стенки и оксидных образований, прочность соединения наращиваемых слоев с подложкой становится большой. Разрастание островков сопровождается их объединением, наслаиванием и образованием сплошной оксидной поверхности. Формирование поверхностной оксидной или оксикарбидной структуры и ее регенерация, после вероятных разрушений будет осуществляться в течение всего времени функционирования режущих инструментов, а ее микроландшафт и состав подвергаться, как геометрической, так и фазовой трансформации. Вследствие непрерывного наслаивания поверхностную структуру можно считать подвижной, а ее состав и свойства, значительно, неоднородными. В первую очередь, разброс свойств формируемых оксидных пленок зависит от уровня однородности температурного поля и поля действующих напряжений на контактных поверхностях, в условиях которых происходит образование поверхностных структур. Вследствие этого химическая активность отдельных областей контактных поверхностей и скорость заполнения их внутренних микрополостей молекулами кислорода будет различной. С изменением однородности и стабильности температурных и механических полей, действующих на контактных поверхностях, соответственно, будет изменяться качество формируемых поверхностных структур. Это сопровождается изменением однородности и степени развитости шероховатости поверхности износа. Последнее в итоге приводит к изменению интенсивности износа режущих инструментов.During the operation of carbide cutting tools on the contact surfaces of the cutting wedge, thin-film polyoxide dissipative structures are continuously destroyed, destroyed and regenerated. Their role is to screen the intermolecular interaction between the contact surfaces of the tool and the processed materials and to provide a lubricating effect. The formation of dissipative polyoxide structures on the contact surfaces of a carbide cutting tool occurs simultaneously both due to the oxygen of the surrounding gas medium and due to oxygen accumulated by the internal structure of the hard alloy at certain stages of the preparation of its components and sintering of the composite as a whole. The process of formation of oxide and oxycarbide structures on the contact surfaces of the cutting insert begins with the capture of gas elements coming from the deep layers of the hard alloy and from the surrounding gas atmosphere. Most often, the most effective place for trapping atoms and molecules of gas elements is open and closed cavities of the surface structure of a hard alloy that arise on contact surfaces in the process of tribological interaction of instrumental and processed materials. The process of pore formation occurs due to the implementation of spot adhesive microwelding of instrumental and processed materials in contact and subsequent destructive separation of the joints. The microgeometric parameters of the cavities formed due to the destruction of the contacts depend on the shear and tensile strength of the material of the hard alloy, as well as the intensity of the adhesive processes. Depending on the volume of the cavities formed, the state of their surfaces and the speed of access of the gas medium to them, on the contact surfaces of the cutting wedge, various types of adsorption of atoms and molecules of the surrounding gas medium can be performed in the initial period of cutting. When gas elements are captured by the contact surface, taking into account the high speed and concentration of their entry into the internal cavities of the formed juvenile porosity of the system, as a rule, chemical adsorption is primarily realized. When the gas elements are captured by the non-juvenile inner surface of the pores and at an insufficient speed and concentration entering the cavity of the gas elements, physical adsorption is first realized. The activation energy for the formation of a new compound in the juvenile cavity, when the substance of the walls of the cavity interacts with gas elements, is significantly lower than when the same compound is formed in the previously formed cavity (not juvenile). A new structure formed in the cavity, characterized by a different composition, can chemically adsorb some gas elements, and physically - others, or any gas elements only in the physical version. After physical adsorption by the surface of gas elements, a certain period of time and energy expenditures are required to bring the reacting atoms together and synthesize the compound. The latter is realized as a result of the amplitude nature of the temperature increase, higher than the average in the contact zones, which occurs cyclically when cutting steels and alloys in separate time periods. Physical adsorption of oxygen molecules does not always end with their decomposition into atoms and the formation of new compounds - oxide or oxycarbide structures. At the same time, a molecule physically adsorbed by a cavity not active for its decomposition into atoms may be subject to desorption and re-adsorbed, formed next to another cavity with a more active inner surface capable of ionization. The oxide or oxycarbide compounds formed in the internal cavities can grow, go beyond them and form, on the contact surfaces, the so-called islet formations. The connection of the islands with the surface is determined by the size of the internal cavities and the strength of the oxide compounds with their walls arising in the initial period of adsorption of oxygen atoms. With a high degree of coherence of the parameters of the crystal lattices of the wall material and oxide formations, the bond strength of the stacked layers with the substrate becomes large. The growth of the islands is accompanied by their association, layering and the formation of a continuous oxide surface. The formation of a surface oxide or oxycarbide structure and its regeneration, after probable destruction, will be carried out throughout the entire life of the cutting tools, and its micro landscape and composition will undergo both geometric and phase transformation. Due to the continuous layering, the surface structure can be considered mobile, and its composition and properties are significantly heterogeneous. First of all, the spread in the properties of the formed oxide films depends on the level of uniformity of the temperature field and the field of the acting stresses on the contact surfaces, under the conditions of which the formation of surface structures occurs. As a result, the chemical activity of individual areas of the contact surfaces and the rate of filling of their internal microcavities with oxygen molecules will be different. With a change in the uniformity and stability of the temperature and mechanical fields acting on the contact surfaces, respectively, the quality of the formed surface structures will change. This is accompanied by a change in the uniformity and degree of development of the surface roughness of the wear. The latter ultimately leads to a change in the wear rate of the cutting tools.
Большое влияние на процессы износа режущего инструмента оказывают явления сублимации и испарения оксидных и полиоксидных образований с контактных поверхностей режущего клина. Формирующиеся, в полостях пористой системы, компонентов твердых сплавов и на их границах, оксидные и полиоксидные образования, при эксплуатации режущих инструментов, подвергаются, при определенных условиях, процессам сублимации и конденсации. Газообразные диссипативные полиоксидные структуры являются более эффективным, экранирующим межмолекулярное взаимодействие и выполняющим смазку средством, по сравнению с твердыми оксидами.Sublimation and evaporation of oxide and polyoxide formations from the contact surfaces of the cutting wedge have a great influence on the wear processes of the cutting tool. Formed, in the cavities of the porous system, the components of hard alloys and at their boundaries, oxide and polyoxide formations, when operating cutting tools, are subjected, under certain conditions, to the processes of sublimation and condensation. Gaseous dissipative polyoxide structures are more effective, screening intermolecular interaction and lubricating agent, in comparison with solid oxides.
Процесс резания материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ носит ярко выраженный периодический характер. Он характеризуется циклическим изменением коэффициентов трения и сил резания как на передней, так и на задней поверхности режущего клина резца. Об этом свидетельствует и наблюдаемое пульсирующее изменение (увеличение-уменьшение) длины контакта стружки с передней поверхностью. Плотность контакта между режущим и обрабатываемым материалами в процессе резания при этом также непрерывно изменяется. В каждый последующий момент процесса резания может возникнуть ситуация, когда между контактирующими поверхностями будет или сверхвысокий вакуум, или давление на уровне атмосферного и даже выше. Интенсивность процессов сублимации оксидных и полиоксидных систем с контактных поверхностей режущего клина будет возрастать при увеличении в межконтактном пространстве температуры и состояния вакуума. Снижение температуры и состояния вакуума будет способствовать конденсация газообразного вещества (сублимата). При некоторой температуре и величине вакуума газообразные оксиды и полиоксиды, сублимированные в межконтактное пространство, переходят в состояние термодинамического равновесия. В этом случае число молекул на оксидной поверхности, подвергающихся сублимации - переходу в газообразное состояние, равно числу молекул, возвращающихся на поверхность за то же время.The cutting process of materials that cause intense adhesive wear is a pronounced periodic character. It is characterized by a cyclic change in the coefficients of friction and cutting forces on both the front and rear surfaces of the cutting wedge of the cutter. This is also evidenced by the observed pulsating change (increase-decrease) in the contact length of the chip with the front surface. The contact density between the cutting and the processed materials during the cutting process is also continuously changing. At each subsequent moment of the cutting process, a situation may arise when between the contacting surfaces there will be either ultra-high vacuum, or pressure at atmospheric level and even higher. The intensity of the processes of sublimation of oxide and polyoxide systems from the contact surfaces of the cutting wedge will increase with increasing temperature and the state of vacuum in the intercontact space. A decrease in temperature and vacuum will contribute to the condensation of a gaseous substance (sublimate). At a certain temperature and vacuum, gaseous oxides and polyoxides sublimated into the intercontact space go into a state of thermodynamic equilibrium. In this case, the number of molecules on the oxide surface undergoing sublimation - the transition to a gaseous state, is equal to the number of molecules returning to the surface in the same time.
Процесс сублимации оксидов и полиоксидов интенсифицируется экзо-электронной эмиссией с контактных поверхностей режущего клина. Эмиссия возникает в результате проявления адгезионных процессов, сопровождающихся хрупким разрушением - отрывом частиц инструментального материала от контактных поверхностей. Вследствие ионизационных процессов, инициируемых экзоэлектронной эмиссией, в состав оксидов сублимата входят как положительно, так и отрицательно заряженные ионы газообразых молекул. При состоянии насыщения сублимата, вблизи контактных поверхностей режущего клина, заряженные молекулы ориентируются в создаваемом ими электрическом поле и образуют двойной электрический слой. Двойной электрический слой надежно препятствует межмолекулярному взаимодействию контактных поверхностей режущего инструмента с обрабатываемым материалом и предохраняет режущий клин от разрушительных адгезионных проявлений. Кроме этого оксидная и полиоксидная газовая среда, располагающаяся вблизи контактных поверхностей, является эффективным охлаждением и смазкой, снижающих, в том числе и интенсивность абразивного износа.The process of sublimation of oxides and polyoxides is intensified by exo-electron emission from the contact surfaces of the cutting wedge. Emission arises as a result of the manifestation of adhesive processes, accompanied by brittle fracture - separation of particles of instrumental material from contact surfaces. Due to ionization processes initiated by exoelectronic emission, the composition of sublimate oxides includes both positively and negatively charged ions of gaseous molecules. In the saturation state of the sublimate, near the contact surfaces of the cutting wedge, the charged molecules orient themselves in the electric field created by them and form a double electric layer. The double electric layer reliably prevents the intermolecular interaction of the contact surfaces of the cutting tool with the processed material and protects the cutting wedge from destructive adhesive manifestations. In addition, the oxide and polyoxide gas environment, located near the contact surfaces, is an effective cooling and lubrication that reduces, including the intensity of abrasive wear.
Увеличение давления газообразного оксидного состояния в межконтактном пространстве сопровождается увеличением его химического потенциала. Это приводит к интенсификации поляризации газовых молекул, увеличению напряженности в двойном электрическом слое и, как следствие к усилению экранирующих свойств сублимата, направленных на снижение межмолекулярных взаимодействий с обрабатываемым материалом. Кроме этого увеличение химического потенциала газообразного сублимата приводит к интенсификации диффузии кислорода из глубинных слоев твердого сплава к поверхности и усилению процессов образования в порах, трещинах и в области межфазных границ оксидных и полиоксидных формирований.An increase in the pressure of the gaseous oxide state in the intercontact space is accompanied by an increase in its chemical potential. This leads to an intensification of the polarization of gas molecules, an increase in the tension in the double electric layer, and, as a result, to an increase in the shielding properties of the sublimate, aimed at reducing intermolecular interactions with the processed material. In addition, an increase in the chemical potential of gaseous sublimate leads to an intensification of the diffusion of oxygen from the deep layers of the hard alloy to the surface and to an increase in the formation processes in the pores, cracks, and in the region of the interphase boundaries of oxide and polyoxide formations.
Большое влияние на продолжительность и эффективность существования вблизи контактных поверхностей режущего клина сублимированного газового состояния оказывают примеси, входящие в состав карбидных зерен и кобальтовой прослойки. Наличие примесей, расширяющих температурный интервал функционирования сублимата, а также способствующих повышению его давления в межконтактном пространстве приводит к увеличению эффективности работы режущих инструментов, группы применяемости К при резании ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. К примесям, расширяющим температурный интервал существования сублимата можно отнести щелочные и щелочноземельные металлы, например калий, натрий, кальций и др. Кроме этого данные примеси способствуют образованию в межконтактном пространстве ионизированного газового состояния.A great influence on the duration and effectiveness of the existence of a sublimated gas state near the contact surfaces of the cutting wedge is caused by the impurities that make up the carbide grains and the cobalt interlayer. The presence of impurities that extend the temperature range of the functioning of the sublimate, as well as contributing to an increase in its pressure in the intercontact space, leads to an increase in the working efficiency of cutting tools, the group of applicability K when cutting materials that cause intense adhesive wear. Alkaline and alkaline earth metals, such as potassium, sodium, calcium, etc. can be added to impurities that extend the temperature range of the existence of sublimate. In addition, these impurities contribute to the formation of an ionized gas state in the intercontact space.
Процесс образования, функционирования и разрушения газообразного оксидного состояния носит периодический характер. Время существования сублимата ограничивается полным переходом твердых оксидных и полиоксидных образований с контактных поверхностей в газообразное состояние и постепенным его расходом при выполнении смазочных функций. Вследствие этого нарушается плотность контакта поверхностей режущего инструмента с обрабатываемым материалом. В данном случае происходит интенсивное проникновение в межконтактное пространство кислорода из приповерхностных слоев твердого сплава и со стороны окружающей газовой среды, заканчивающееся дальнейшим окислением рабочих поверхностей режущего клина. Образование окисных пленок, в свою очередь, приводит к локализации контактных явлений, снижению длины контакта поверхностей режущего клина с обрабатываемым материалом, к увеличению плотности контакта, образованию сублимата и т.д.The process of formation, functioning and destruction of a gaseous oxide state is periodic. The life of a sublimate is limited by the complete transition of solid oxide and polyoxide formations from contact surfaces to a gaseous state and its gradual consumption when performing lubricating functions. As a result, the contact density of the surfaces of the cutting tool with the processed material is violated. In this case, there is an intensive penetration of oxygen into the intercontact space from the surface layers of the hard alloy and from the surrounding gas medium, ending with further oxidation of the working surfaces of the cutting wedge. The formation of oxide films, in turn, leads to the localization of contact phenomena, a decrease in the contact length of the surfaces of the cutting wedge with the processed material, to an increase in the contact density, the formation of sublimate, etc.
Сублимированная газовая фаза является полидисперсной, состоящей из газовых молекул оксида вольфрама и оксида кобальта. В первую очередь подвергаются сублимации и ионизируются наиболее активные молекулы оксида вольфрама, а затем и молекулы оксида кобальта. При достижении насыщения газовой фазы оксиды вольфрама и кобальта коагулируют за счет сил межмолекулярного взаимодействия. Это сопровождается, например, притяжением к положительно заряженной молекуле оксида вольфрама отрицательно заряженных молекул оксида кобальта и образованием аэрозолей. Участие аэрозолей в трибологическом процессе приводит к дальнейшему снижению контактных напряжений и коэффициента трения. Вследствие высокой неоднородности температурного поля на контактных поверхностях режущего клина процессы сублимации и конденсации происходят одновременно. Так с одних участков, имеющих повышенную температуру, происходит сублимация оксидных образований. На другие участки, имеющие пониженную температуру, осуществляется процесс конденсации сублимированного ранее оксидного состояния.The freeze-dried gas phase is polydisperse, consisting of gas molecules of tungsten oxide and cobalt oxide. First of all, the most active tungsten oxide molecules are sublimated and ionized, and then the cobalt oxide molecules. When the saturation of the gas phase is achieved, tungsten and cobalt oxides coagulate due to the forces of intermolecular interaction. This is accompanied, for example, by the attraction of negatively charged cobalt oxide molecules to a positively charged tungsten oxide molecule and the formation of aerosols. The participation of aerosols in the tribological process leads to a further decrease in contact stresses and coefficient of friction. Due to the high heterogeneity of the temperature field on the contact surfaces of the cutting wedge, the processes of sublimation and condensation occur simultaneously. So from some sites having an elevated temperature, sublimation of oxide formations occurs. In other areas having a lower temperature, the condensation process of the previously sublimated oxide state is carried out.
При сублимации контактные поверхности режущего клина в первую очередь покидают газообразные молекулы оксида вольфрама, а затем происходит сублимация оксида кобальта. При конденсации сначала из полидисперсной газовой системы выделяются и десублимируют дисперсные частицы оксид кобальта, а затем конденсируется и оксид вольфрама. В результате процессов сублимации и конденсации на контактных поверхностях режущего клина формируется полиоксид с некоторым преимущественным порядком расположения отдельных слоев.During sublimation, the contact surfaces of the cutting wedge first leave the gaseous molecules of tungsten oxide, and then sublimation of cobalt oxide occurs. During condensation, dispersed particles of cobalt oxide are first separated and desublimated from the polydisperse gas system, and then tungsten oxide is also condensed. As a result of the processes of sublimation and condensation, a polyoxide is formed on the contact surfaces of the cutting wedge with some preferred arrangement of the individual layers.
Вследствие различного порядка расположения на контактных поверхностях режущего клина оксидных слоев вольфрама и кобальта, в целом полиоксидная поверхностная структура, соответственно, в различные периоды времени эксплуатации времени режущего инструмента имеет и различные механические, электрические и теплофизические свойства. При сублимации верхний слой поверхностной полиоксидной структуры формируется преимущественно из оксида кобальта, а при конденсации - из оксида вольфрама.Due to the different arrangement of the oxide layers of tungsten and cobalt on the contact surfaces of the cutting wedge, in general, the polyoxide surface structure, respectively, has different mechanical, electrical, and thermophysical properties at different periods of the operating time of the cutting tool. During sublimation, the upper layer of the surface polyoxide structure is formed mainly from cobalt oxide, and during condensation from tungsten oxide.
Так распространение тепла при преимущественной сублимации происходит, преимущественно, из контактного пространства в глубинную структуру твердого сплава, а при конденсации со стороны контактных поверхностей режущего клина в межконтактное пространство.So, heat distribution during predominant sublimation occurs mainly from the contact space into the deep structure of the hard alloy, and during condensation from the contact surfaces of the cutting wedge into the intercontact space.
При резании твердыми сплавами группы применяемости К материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ наиболее эффективным вариантом в расположении слоев является тот, когда на поверхности преимущественно находится слой из оксида кобальта, а под ним оксид вольфрама. Такая слоистая система обеспечивает наиболее эффективную смазку и наиболее эффективное экранирование межмолекулярного взаимодействия с обрабатываемым материалом.When cutting with hard alloys the applicability group K of materials that cause intense adhesive wear, the most effective option in the arrangement of the layers is when the layer mainly consists of cobalt oxide and tungsten oxide below it. Such a layered system provides the most effective lubrication and the most effective shielding of intermolecular interaction with the processed material.
Основной вклад в снижение коэффициента трения после конденсации вносит слоистая поверхностная полиоксидная структура, а основной вклад в снижение коэффициента трения после сублимации вносит газообразное полиоксидное состояние.The main contribution to the reduction of the friction coefficient after condensation is made by the layered surface polyoxide structure, and the main contribution to the decrease in the friction coefficient after sublimation is made by the gaseous polyoxide state.
Основной вклад в снижение межмолекулярного взаимодействия между контактирующими поверхностями режущего инструмента и обрабатываемым материалом после сублимации дает газообразный полиоксид, а после конденсации поверхностная полиоксидная структура. Соотношение между периодами сублимации и конденсации газообразного полиоксида может изменяться. Увеличение периода сублимации является благоприятным при обработке материалов, вызывающих более интенсивный характер адгезионного износа. Снижение периода сублимации является благоприятным при обработке материалов, вызывающих менее интенсивный характер адгезионного износа.The main contribution to reducing the intermolecular interaction between the contacting surfaces of the cutting tool and the processed material after sublimation is made by gaseous polyoxide, and after condensation by the surface polyoxide structure. The relationship between the periods of sublimation and condensation of the gaseous polyoxide may vary. The increase in the period of sublimation is favorable when processing materials that cause a more intense nature of adhesive wear. Reducing the period of sublimation is favorable when processing materials that cause a less intense nature of adhesive wear.
В общем, с увеличением содержания кислорода в компонентах твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов интенсивность процессов сублимации-конденсации возрастает, а износостойкость режущих инструментов, при обработке материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, увеличивается. При приготовлении компонентов твердых сплавов и проведения окончательного спекания необходимо пользоваться приемами, способствующими насыщению структуры твердых сплавов некоторой предельной концентрацией кислорода. Это обеспечит наиболее высокие эксплуатационные характеристики для твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К, при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ.In general, with an increase in the oxygen content in the components of carbide group of applicability K of cutting tools, the intensity of the processes of sublimation-condensation increases, and the wear resistance of cutting tools, when processing materials that cause intense adhesive wear, increases. When preparing the components of hard alloys and carrying out the final sintering, it is necessary to use techniques that contribute to saturation of the structure of hard alloys with a certain limiting oxygen concentration. This will provide the highest operational characteristics for carbide cutting tools of the applicability group K, when they process materials that cause intense adhesive wear.
Существенно важной особенностью предлагаемого способа является то, что в соответствии с его приемами - без дополнительных затрат и технических трудностей представляется возможным проводить более объективный и точный прогноз износостойкости - вследствие оперативного анализа и сопоставления текущих контролируемых и эталонных параметров, полученных в широком диапазоне режимов резания и температур резания. На свойства твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К большое влияние оказывают износостойкие покрытия. Между содержанием кислорода на поверхности и в приповерхностных слоях этих твердых сплавов и их эксплуатационными характеристиками наблюдается также устойчивая корреляционная связь. И для данных инструментальных материалов соблюдается правило: с увеличением аккумулированного их поверхностью и приповерхностной областью кислорода износостойкость режущих инструментов возрастает. Соответственно предлагаемый способ прогнозирования для оценки их эксплуатационных характеристик также применим.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 forecast of wear resistance - due to the operational analysis and comparison of current controlled and reference parameters obtained in a wide range of cutting conditions and temperatures cutting. The properties of carbide cutting tools of the applicability group K are greatly influenced by wear-resistant coatings. A stable correlation is also observed between the oxygen content on the surface and in the surface layers of these hard alloys and their operational characteristics. And for these tool materials, the rule is observed: with the increase of oxygen accumulated by their surface and near-surface region, the wear resistance of cutting tools increases. Accordingly, the proposed forecasting method for evaluating their operational characteristics is also applicable.
Реализация способа производится, последовательно проходя несколько этапов. Сначала твердосплавные режущие инструменты (режущие пластины) подвергают испытанию в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. После испытаний на износостойкость режущие пластины тщательно очищают, подвергают полированию одну из поверхностей (например, посадочную или боковую), тщательно промывают в спиртовом растворе, сушат и, наконец, испытывают на содержание кислорода на поверхности и в приповерхностной области. Контроль можно отнести к неразрушающим методам, потому что режущие пластины, в случае наличия у них оставшихся неиспользованными режущих граней (многогранные режущие пластины), можно продолжать эксплуатировать.The implementation of the method is carried out through several stages. First, carbide cutting tools (cutting inserts) are tested during cutting of materials that cause intense adhesive wear. After wear resistance tests, the cutting inserts are thoroughly cleaned, one of the surfaces is polished (for example, landing or side), thoroughly washed in an alcohol solution, dried and, finally, tested for oxygen on the surface and in the surface area. The control can be attributed to non-destructive methods, because the cutting inserts, if they have left unused cutting faces (multifaceted cutting inserts), can continue to be operated.
Ввиду большого влияния, оказываемого аккумулированным кислородом на эксплуатационные характеристики твердых сплавов группы применяемости К, а также вследствие его размещения преимущественно на поверхности и в приповерхностной структуре, прогнозирование износостойкости режущих инструментов группы применяемости К осуществляли при сопоставлении износостойкости с общим содержанием кислорода на поверхности и в приповерхностной области структуры данных твердых сплавов.Due to the large influence exerted by the accumulated oxygen on the operational characteristics of hard alloys of the applicability group K, as well as due to its location mainly on the surface and in the surface structure, the wear resistance of cutting tools of the applicability group K was predicted by comparing the wear resistance with the total oxygen content on the surface and in the surface region data structures of hard alloys.
Процесс диагностирования поверхности и приповерхностной области твердого сплава, глубиной до 0,15 мм на содержание кислорода производили с помощью атомно-эмиссионного спектрометра, работающего в режиме тлеющего разряда модели GD-Profller-2 фирмы HORIBA. Настройка прибора на процесс идентификации кислорода в твердосплавных режущих пластинах группы применяемости К производится с помощью эталонных образцов. Работа осуществлялась в следующей последовательности: сначала подготавливают поверхность образца (пробы) твердого сплава группы применяемости К для проведения измерений. Поверхность предварительно полируют до RA=0,32-0,63 мкм. После очистки поверхности в ультразвуковой ванне и сушки в течении 5-10 мин при комнатной температуре образец-пробу прикладывают к выходному окну полого анода спектрометра и включают вакуумный насос, создающий высокий вакуум в измерительной камере - внутренней полости анода. Удержание образца-катода у выходного окна осуществляется за счет образования во внутренней полости анода вакуума порядка 10-4-10-3 мм рт.ст. После создания в измерительной камере высокого вакуума ее внутреннее пространство частично заполняется аргоном особой чистоты и, одновременно, между образцом-катодом и анодом создается высокое пульсирующее напряжение с частотой 13,56 мГц. Такое напряжение создается специальным радиочастотным генератором. В результате действия высокочастотного напряжения происходит ионизация атомов аргона и их направленное движение к катоду - твердосплавному образцу. При малом давлении аргона в разрядной ячейке - пустотелом аноде, всегда имеется некоторая концентрация положительно заряженных ионов и электронов. Вследствие наличия разности потенциалов между катодом и анодом электроны устремляются к аноду, а положительно заряженные ионы аргона к катоду-образцу. Ионы аргона за счет большой кинетической энергии активизируют атомы катода - твердого сплава и способствуют образованию вторичных электронов. В процессе горения плазмы тлеющего разряда происходит непрерывный процесс возбуждения атомов поверхности образца и релаксация возбужденного состояния. Переход на более высокий энергетический уровень активизируемых атомов образца происходит как за счет атомов и ионов аргона, так и за счет вторичных электронов. Вторичные электроны ускоряются от катода и испытывают на своем пути различные столкновения, в том числе с атомами и ионами образца. В результате релаксации возбужденного состояния, при переходе атомных электронов образца от высоких к низким уровням энергий, происходит излучение кванта энергии. Световые излучения фиксируются и обрабатываются специальными приемниками и фотоумножителями. Концентрация кислорода в структуре (в том числе и по глубине) сопоставляется с интенсивностью появления характеристических линий в его спектре. Спектральный анализ кислорода по глубине идентифицируется с длительностью горения плазмы тлеющего разряда и вносится заранее в программу работы спектрометра. Данные по обработке получаемых спектров передаются на аналогово-цифровой преобразователь, а затем на компьютерный процессор и, наконец на дисплей компьютера. Полностью процесс контроля отображается на экране процессорного блока. Обычно время измерения составляет не более 5 мин. Измерение характеризуется высокой воспроизводимостью результатов, т.к. исключает ошибки, связанные с отбором, подготовкой и анализом отдельных образцов твердого сплава, характерные для традиционных методов анализа.The process of diagnosing the surface and near-surface region of a hard alloy with a depth of 0.15 mm for the oxygen content was carried out using an atomic emission spectrometer operating in the glow discharge mode of the HORIBA model GD-Profller-2. The instrument is tuned to the process of oxygen identification in carbide cutting inserts of the applicability group K using standard samples. The work was carried out in the following sequence: first prepare the surface of the sample (s) of the hard alloy of the applicability group K for measurements. The surface is pre-polished to R A = 0.32-0.63 μm. After cleaning the surface in an ultrasonic bath and drying for 5-10 minutes at room temperature, the sample is applied to the exit window of the hollow anode of the spectrometer and the vacuum pump is turned on, creating a high vacuum in the measuring chamber — the internal cavity of the anode. The retention of the sample cathode at the exit window is due to the formation of a vacuum of about 10 -4 -10 -3 mm Hg in the inner cavity of the anode After creating a high vacuum in the measuring chamber, its internal space is partially filled with high purity argon and, at the same time, a high ripple voltage with a frequency of 13.56 MHz is created between the cathode sample and the anode. This voltage is created by a special radio frequency generator. As a result of the high-frequency voltage, ionization of argon atoms occurs and their directional movement to the cathode - carbide sample. At low argon pressure in the discharge cell, the hollow anode, there is always a certain concentration of positively charged ions and electrons. Due to the potential difference between the cathode and the anode, the electrons rush to the anode, and positively charged argon ions to the sample cathode. Due to the large kinetic energy, argon ions activate the atoms of the cathode, a hard alloy, and contribute to the formation of secondary electrons. In the process of burning a glow discharge plasma, a continuous process of excitation of atoms of the sample surface and relaxation of the excited state occurs. The transition to a higher energy level of the activated atoms of the sample occurs both due to atoms and argon ions, and due to secondary electrons. Secondary electrons are accelerated from the cathode and experience various collisions in their path, including with atoms and ions of the sample. As a result of relaxation of the excited state, during the transition of atomic electrons of the sample from high to low energy levels, an energy quantum is emitted. Light radiation is recorded and processed by special receivers and photomultipliers. The oxygen concentration in the structure (including in depth) is compared with the intensity of the appearance of characteristic lines in its spectrum. The depth spectral analysis of oxygen is identified with the duration of the glow plasma discharge and is entered in advance into the spectrometer program. The data on the processing of the obtained spectra are transmitted to an analog-to-digital converter, and then to a computer processor and, finally, to a computer display. The entire control process is displayed on the screen of the processor unit. Typically, the measurement time is not more than 5 minutes. The measurement is characterized by high reproducibility of the results, because eliminates errors associated with the selection, preparation and analysis of individual samples of hard alloy, characteristic of traditional methods of analysis.
Прогнозирование износостойкости твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, заключается в том, что сначала производят стойкостные испытания твердосплавных режущих пластин, взятых из двух выборок у полученной партии твердосплавной продукции, определяют износостойкость каждой режущей пластины, определяют средние значения износостойкости для режущих пластин для каждой выборки, производят подготовку образцов (полирование очистка, сушка), помещают образцы по очереди в спектрометр, определяют концентрацию аккумулированного поверхностью и приповерхностной областью кислорода в каждом образце, определяют среднее значение содержащегося кислорода для образцов-проб для каждой выборки, строят график зависимости износостойкости от концентрации кислорода. Затем прогнозирование износостойкости у поставляемой партии твердосплавных режущих пластин группы применяемости К производят без испытания их в процессе резания, а только по наличии у них концентрации кислорода в их поверхностной и приповерхностной структуре. С увеличением концентрации кислорода в поверхностной и приповерхностной структуре твердосплавных режущих пластин группы применяемости К их износостойкость при резании материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ возрастает. При этом для прогнозирования износостойкости используют зависимость (1), а также пользуются графиком зависимости «износостойкость-концентрация кислорода», полученным ранее при испытании-прогнозировании износостойкости эталонных (первых) партий твердосплавных режущих пластин.The prediction of the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K when they process materials that cause intense adhesive wear is that they first conduct persistent tests of carbide cutting inserts taken from two samples from the resulting batch of carbide products, determine the wear resistance of each cutting insert, determine the average values wear resistance for cutting inserts for each sample, prepare samples (polishing cleaning, drying), place sam ples turns into the spectrometer, the concentration of accumulated surface and near-surface region of the oxygen in each sample, determining the average value for the oxygen-contained sample specimens for each sample, plotted wear resistance of the oxygen concentration. Then, the prediction of the wear resistance of the supplied batch of carbide cutting inserts of the applicability group K is performed without testing them during the cutting process, but only if they have an oxygen concentration in their surface and near-surface structure. With an increase in the oxygen concentration in the surface and near-surface structure of carbide inserts of the applicability group K, their wear resistance increases when cutting materials that cause intense adhesive wear. In this case, to predict the wear resistance, dependence (1) is used, and they also use the graph of the dependence “wear resistance-oxygen concentration” obtained earlier in the test-prediction of wear resistance of the reference (first) batches of carbide cutting inserts.
На фиг. 1 представлена эталонная зависимость «износостойкость-концентрация кислорода», на основании которой производится прогнозирование износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих пластин, при резании ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ.In FIG. 1 shows the reference relationship "wear resistance-oxygen concentration", on the basis of which a forecast is made of the wear resistance of carbide applicability groups K of cutting inserts when they cut materials that cause intense adhesive wear.
На фиг. 2 представлена схематическая зависимость содержания кислорода в поверхностной и приповерхностной структуре твердого сплава в течение заданной продолжительности горения тлеющего разряда (содержание кислорода по глубине).In FIG. Figure 2 shows a schematic dependence of the oxygen content in the surface and near-surface structure of a hard alloy during a given duration of a glow discharge burning (oxygen content in depth).
Насыщение структуры твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К кислородом происходило в процессе изготовления отдельных компонентов и последующего спекания композита. Концентрация аккумулированного структурой кислорода отражает особенности фазового состава и характер изготовления составляющих компонентов и твердого сплава в целом.The saturation of the structure of carbide cutting tools of the group of applicability to oxygen occurred during the manufacturing of individual components and subsequent sintering of the composite. The concentration of oxygen accumulated by the structure reflects the features of the phase composition and the nature of the manufacture of constituent components and the hard alloy as a whole.
С учетом рассмотренных особенностей взаимодействия твердосплавных инструментальных материалов группы применяемости К с кислородом можно констатировать, что на процесс насыщения структуры твердых сплавов кислородом оказывают большое влияние количество управляемых факторов, к числу которых относятся, например основные: состав исходных материалов, предназначенных для получения порошков вольфрама, кобальта, графита, наличие у них тех или иных примесей, технология получения указанных порошков, технология получения карбидов, особенности размола и механоактивации порошков, особенности процесса спекания компонентов твердых сплавов, состав газовой среды, используемой при получении порошков и их спекании. Путем целенаправленного управления и регулирования указанными факторами можно создать условия, при которых поверхность и приповерхностная структура твердых сплавов будет аккумулировать наибольший, из возможных, объем кислорода. Такой подход обеспечит формирование наиболее оптимальной структуры твердых сплавов при их изготовлении. При этом с увеличением в структуре твердых сплавов группы применяемости К кислорода, их износостойкость, при резании материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает.Taking into account the considered features of the interaction of carbide tool materials of the applicability group K with oxygen, it can be stated that the process of saturation of the structure of hard alloys with oxygen is greatly influenced by the number of controlled factors, which include, for example, the main ones: the composition of the starting materials intended for the production of tungsten and cobalt powders , graphite, the presence of certain impurities, the technology for producing these powders, the technology for producing carbides, features and grinding and mechanical activation of powders, features of the sintering process of components of hard alloys, the composition of the gas medium used in the preparation of powders and their sintering. By targeted control and regulation of these factors, it is possible to create conditions under which the surface and surface structure of hard alloys will accumulate the largest possible amount of oxygen. This approach will ensure the formation of the most optimal structure of hard alloys in their manufacture. Moreover, with an increase in the structure of hard alloys of the oxygen applicability group K, their wear resistance increases when cutting materials that cause intense adhesive wear.
Пример осуществления способа прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Сначала, полученные при выборке две партии, (принятые в качестве эталонных) в количестве по 10 штук каждая, твердосплавных режущих пластин группы применяемости К марки ВК8 подвергались испытаниям на износостойкость на токарно-винторезном станке модели 163. В качестве обрабатываемого материала использовалась хромоникелевая аустенитная сталь 12Х18Н10Т. Скорость резания при испытаниях, выбиралась равной - 70 м/мин. Подача и глубина резания принимались соответственно 0,23 мм/об и 1,5 мм. Резание осуществлялось без охлаждения. За критерий затупления (потери режущих свойств) принимался износ режущей пластины по задней поверхности, равный 0,6 мм.An example of a method for predicting the wear resistance of carbide cutting tools. First, two batches obtained during sampling (accepted as a reference) in an amount of 10 pieces each, carbide cutting inserts of the applicability group K of the VK8 grade were tested for wear resistance on a model 163 screw-cutting lathe. The nickel-chromium austenitic steel 12X18H10T was used as the processed material . The cutting speed during the tests was chosen equal to 70 m / min. The feed rate and depth of cut were respectively 0.23 mm / rev and 1.5 mm. Cutting was carried out without cooling. As a bluntness criterion (loss of cutting properties), the wear of the cutting insert along the rear surface equal to 0.6 mm was taken.
Стойкость (Т1i) для образцов из 10 штук первой эталонной партии составила: 24,2; 25,4; 25,9; 26,8; 27,4; 28,6; 29,5; 31,4; 33,5; 34,4 мин. Среднее значение стойкости составило 28,71 мин.Resistance (T 1i ) for samples of 10 pieces of the first reference batch was: 24.2; 25.4; 25.9; 26.8; 27.4; 28.6; 29.5; 31.4; 33.5; 34.4 minutes The average resistance value was 28.71 minutes.
Стойкость (Т2i) для образцов из 10 штук второй эталонной партии составила: 23,8; 24,6; 25,2; 27,4; 29,3; 31,2; 31,8; 32,1; 32,9; 33,8 мин. Среднее значение стойкости составило 29,21 мин.Resistance (T 2i ) for samples of 10 pieces of the second reference batch was: 23.8; 24.6; 25.2; 27.4; 29.3; 31.2; 31.8; 32.1; 32.9; 33.8 minutes The average value of resistance was 29.21 min.
Затем, испытанные твердосплавные пластины после полировки, химической очистки в ультразвуковой ванне и сушки подвергались обследованию на определение аккумулированного структурой поверхности и приповерхностной области кислорода. Оптимальная шероховатость подготавливаемой при полировке поверхности составляет RA=0,32-0,63 мкм.Then, the tested carbide inserts after polishing, chemical cleaning in an ultrasonic bath and drying were examined to determine the accumulated surface structure and the surface region of oxygen. The optimal roughness of the surface prepared during polishing is R A = 0.32-0.63 μm.
Подготовленные таким образом твердосплавные пластины устанавливают в качестве катода у выходного отверстия полого анода и начинают, при включении спектрометра, процесс контроля на содержание кислорода. Процесс определения концентрации кислорода на поверхности и в приповерхностной области на основании измерения интенсивности характеристической линии в оптическом спектре тлеющего разряда определяли с помощью атомно-эмиссионного спектрометра GD-Profiler-2 фирмы HORIBA. Точность регистрируемых интенсивностей появления характеристических линий кислорода в спектре составляет ±0,01 В. Время горения тлеющего разряда, устанавливается постоянным и составляет для контроля каждой пластины 180 с.The carbide plates thus prepared are mounted as a cathode at the outlet of the hollow anode and, when the spectrometer is turned on, the oxygen content monitoring process begins. The process of determining the concentration of oxygen on the surface and in the near-surface region based on measuring the intensity of the characteristic line in the optical spectrum of a glow discharge was determined using a HORIBA GD-Profiler-2 atomic emission spectrometer. The accuracy of the recorded intensities of the appearance of characteristic oxygen lines in the spectrum is ± 0.01 V. The burning time of a glow discharge is set constant and is 180 s for monitoring each plate.
В процессе контроля по определению содержания кислорода на поверхности и в приповерхностной области, при установленной длительности тлеющего разряда 180 с (глубина ориентировочно составляла 100-150 мкм) получали графики зависимости «интенсивность появления характеристических линий кислорода в спектре тлеющего разряда в вольтах - время горения тлеющего разряда в секундах». Графики типовых зависимостей представлены на фиг. 2. С помощью стандартной компьютерной программы, одновременно, определяли площадь под каждой графической зависимостью, получаемой для каждой конкретной режущей пластины и характеризующей интегральное, относительное содержание кислорода на поверхности и в приповерхностной области в течение 180 с горения тлеющего разряда. Это время соответствует ориентировочно распространению кратера (действия плазмы) на глубину ориентировочно до 100-150 мкм. Площадь S, характеризующая относительное интегральное содержание кислорода по глубине сканирования измерялась произведением (Вольт·сек)-(В·с). Для первой партии режущих пластин получили следующие данные по интегральному параметру S1i (величине площади под конкретной кривой, характеризующей относительное интегральное содержание кислорода на поверхности и в приповерхностной области) для режущих пластин, в порядке, соответственно, с их ранее полученной при испытаниях износостойкостью: 50,1; 50,5; 52,1; 52,4; 53,8; 54,4; 56,2; 57,3; 59,7; 61,8 (В·с). Среднее значение параметра концентрации кислорода на поверхности и в приповерхностной области составило: 54,83 (В·с).In the process of monitoring to determine the oxygen content on the surface and in the near-surface region, at a specified glow discharge duration of 180 s (the depth was approximately 100-150 μm), we obtained graphs of the dependence "the intensity of the appearance of characteristic oxygen lines in the glow discharge spectrum in volts is the glow discharge burning time in seconds. " Typical dependency plots are shown in FIG. 2. Using a standard computer program, at the same time, we determined the area under each graphical dependence obtained for each specific cutting insert and characterizing the integral, relative oxygen content on the surface and in the near-surface region during 180 s of a glow discharge. This time corresponds approximately to the spread of the crater (plasma action) to a depth of approximately 100-150 microns. The area S characterizing the relative integral oxygen content over the scanning depth was measured by the product (Volt · s) - (V · s). For the first batch of cutting inserts, the following data were obtained on the integral parameter S 1i (the area under a particular curve characterizing the relative integral oxygen content on the surface and in the near-surface region) for the cutting inserts, in the order, respectively, with their previously obtained wear resistance tests: 50 ,one; 50.5; 52.1; 52.4; 53.8; 54.4; 56.2; 57.3; 59.7; 61.8 (V s). The average value of the oxygen concentration parameter on the surface and in the near-surface region was: 54.83 (V · s).
Для второй партии режущих пластин получили следующие данные по параметру S2i (величине площади под конкретной кривой, характеризующей относительное интегральное содержание кислорода на поверхности и в приповерхностной области) для режущих пластин, в порядке, соответственно также, с их ранее полученной при испытаниях износостойкостью: 49,6; 50,7; 51,2; 53,1; 55,2; 57,9; 58,4; 59,3; 60,2; 60,7 (В·c). Среднее значение параметра концентрации кислорода на поверхности и в приповерхностной области составило: 55,63 (В·c).For the second batch of cutting inserts, the following data were obtained on the parameter S 2i (the area under a particular curve characterizing the relative integral oxygen content on the surface and in the near-surface region) for the cutting inserts, in the order, respectively, also with their previously obtained wear resistance tests: 49 , 6; 50.7; 51.2; 53.1; 55.2; 57.9; 58.4; 59.3; 60.2; 60.7 (V s). The average value of the oxygen concentration parameter on the surface and in the near-surface region was 55.63 (V s).
На основании полученных ранее результатов по определению износостойкости твердосплавных режущих пластин (Тмин) и значений параметра, характеризующего содержание кислорода на поверхности и в приповерхностных слоях (SB·c) строится график зависимости «износостойкость - Т - интегральный параметр концентрации кислорода на поверхности и в приповерхностной области - S»Based on the results obtained earlier on determining the wear resistance of carbide inserts (T min ) and the values of the parameter characterizing the oxygen content on the surface and in the near-surface layers (SB areas - S »
На фиг. 1 представлена зависимость износостойкости режущих пластин из ВК8 группы применяемости К, соответственно, для выборок 1 и 2 при обработки ими хромоникелевой стали аустенитного класса 12Х18Н10Т от концентрации аккумулированного их поверхностью и приповерхностной структурой кислорода. Для осуществления прогнозирования износостойкости у твердосплавных режущих пластин в последующей текущей, (изготовленной или полученной) и предназначенной для потребления партии инструментальных образцов, производят испытание только величины концентрации аккумулируемого их поверхностью и приповерхностной областью кислорода. Так, например, при прогнозировании износостойкости у очередной партии твердосплавных режущих пластин группы применяемости К на атомно-эмиссионном спектрометре GD-Profiler-2 были получены следующие значения интегрального параметра концентрации кислорода (S) на поверхности и в приповерхностной области для твердосплавных пластин: 49,8; 51,7; 52,6; 54,1; 55,6; 56,1; 57,9; 59,4; 60,2; 61,4 (В·с). Среднее значение из полученных данных составило 55,88 (В·c). В соответствии с вышеприведенными формулами определяют аэ и bэ.In FIG. Figure 1 shows the dependence of the wear resistance of cutting inserts from VK8 of applicability group K, respectively, for
аэ=0,625; bэ=5,559. после этого определяют Тпт.Тпт=29,025 мин.and e = 0.625; b e = 5.559. then determine T pt. T pt = 29.025 min.
Таким образом, прогнозируемая средняя износостойкость у текущей партии твердосплавных режущих пластин составила 29,025 мин. Контрольные испытания износостойкости в процессе резания на металлорежущем станке показали следующие результаты по износостойкости: 24,2; 26,5; 27,6; 28,2; 29,4; 31,5; 32,6; 33,5; 34,1; 34,6 мин. Среднее значение составило 30,220 мин.Thus, the predicted average wear resistance of the current batch of carbide inserts was 29,025 min. Control tests of wear resistance during cutting on a metal cutting machine showed the following results on wear resistance: 24.2; 26.5; 27.6; 28.2; 29.4; 31.5; 32.6; 33.5; 34.1; 34.6 minutes The average value was 30.220 minutes.
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 корреляционной связи между способностью твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К аккумулировать в своей структуре кислород и их износостойкостью при резании материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. Степень корреляционной связи между концентрацией кислорода, содержащегося в структуре твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов и их износостойкостью составила r=0,94. Степень корреляционной связи между исходным параметром и износостойкостью режущих пластин в соответствии с прототипом составила r=0,86. При сравнении данных прогноза износостойкости, полученных в соответствии с прототипом, по предлагаемому способу, а также в результате контрольных экспериментальных исследований износостойкости, выполненных в процессе резания хромоникелевой стали аустенитного класса 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%.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 correlation between the ability of carbide cutting tools of the applicability group K to accumulate oxygen in their structure and their wear resistance when cutting materials that cause intense adhesive wear. The degree of correlation between the concentration of oxygen contained in the structure of the carbide group of applicability K of cutting tools and their wear resistance was r = 0.94. The degree of correlation between the initial parameter and the wear resistance of the cutting inserts in accordance with the prototype was r = 0.86. When comparing the data on the forecast of wear resistance obtained in accordance with the prototype, according to the proposed method, and also as a result of control experimental studies of wear resistance performed in the process of cutting nickel-chromium steel of the austenitic class, it was found that the results obtained in accordance with the prototype differ from the control tests by 15- 20%, while the results obtained by the proposed method differ only by 5-10%.
Таким образом, предлагаемый способ контроля-прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов может быть использован с достаточно высокой экономической эффективностью на предприятиях, изготавливающих или потребляющих твердосплавную продукцию.Thus, the proposed method for monitoring and 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)
где аэ и bэ - постоянные коэффициенты:
из них:
Тпт - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов, подвергшихся испытаниям, из прогнозируемой текущей партии твердосплавной продукции;
Sпт - текущее значение выбранного исходного параметра, полученное при контроле поверхностной и приповерхностной структуры твердосплавных сменных режущих пластин из текущей-прогнозируемой партии твердосплавной продукции;
Тэ1 и Тэ2 - износостойкость в минутах для двух независимых выборок сменных твердосплавных режущих инструментов из эталонной (предыдущей) партии твердосплавной продукции;
Sэ1 и Sэ2 - средние значения величин выбранного исходного параметра, полученные при контроле поверхностной и приповерхностной структуры для двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов, из эталонной партии продукции, отличающийся тем, что с целью повышения точности прогнозирования износостойкости в качестве исходного параметра используют величину концентрации кислорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости К, возрастает. A method for predicting the wear resistance of carbide applicability group K of cutting tools (cutting inserts), according to the selected initial parameter, including testing for changing the value of the initial parameter from the properties of the surface and surface structures formed during the manufacture of carbide cutting material, conducting reference tests for wear resistance in the cutting process materials causing intense adhesive wear at an optimum or close to cutting speed, according MAKING reference-correlation "wear - original parameter" statistical control only parameter values starting from the current batch of carbide cutting tools, wear forecast for the current batch of carbide tools on the basis of the relationship:
where a e and b e are constant coefficients:
of them:
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;
S pt is the current value of the selected initial parameter obtained by monitoring the surface and near-surface structure of carbide replaceable cutting inserts from the current-predicted batch of carbide products;
Te 1 and Te 2 - endurance in minutes for two independent samples replaceable carbide cutting tool from the reference (previous) Party carbide products;
Sе 1 and Sе 2 are the average values of the selected initial parameter values obtained by monitoring the surface and near-surface structure for two samples of carbide cutting tools samples from the reference batch of products, characterized in that the concentration value is used as the initial parameter to increase the accuracy of prediction of wear resistance oxygen contained in the surface and in the surface structure of the hard alloy, with an increase in which the wear resistance of carbide cutting tools s, a group of applicability of K increases.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014123929/28A RU2569901C1 (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014123929/28A RU2569901C1 (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2569901C1 true RU2569901C1 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=54846324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014123929/28A RU2569901C1 (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2569901C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2617137C1 (en) * | 2016-03-10 | 2017-04-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4558311A (en) * | 1981-04-13 | 1985-12-10 | Kb Wibra | Method and apparatus for monitoring the tool status in a tool machine with cyclic machining |
| RU2365899C1 (en) * | 2008-07-21 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of forecasting of wear resistance of carbide cutting tools |
| RU2417140C1 (en) * | 2009-11-11 | 2011-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский Государственный Технологический Университет "СТАНКИН" | Device to monitor wear and to forecast residual resistance of cutting tool for machine cnc system |
| RU2422801C1 (en) * | 2010-02-01 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools |
-
2014
- 2014-06-10 RU RU2014123929/28A patent/RU2569901C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4558311A (en) * | 1981-04-13 | 1985-12-10 | Kb Wibra | Method and apparatus for monitoring the tool status in a tool machine with cyclic machining |
| RU2365899C1 (en) * | 2008-07-21 | 2009-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method of forecasting of wear resistance of carbide cutting tools |
| RU2417140C1 (en) * | 2009-11-11 | 2011-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский Государственный Технологический Университет "СТАНКИН" | Device to monitor wear and to forecast residual resistance of cutting tool for machine cnc system |
| RU2422801C1 (en) * | 2010-02-01 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2617137C1 (en) * | 2016-03-10 | 2017-04-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aeschlimann et al. | Transport and dynamics of optically excited electrons in metals | |
| 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 | |
| RU2569901C1 (en) | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance | |
| RU2422800C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2459192C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| Zheng et al. | Quantum diffusion of H on Pt (111): Step effects | |
| RU2459193C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2567019C1 (en) | Method of forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2541388C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2534730C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Staab et al. | Positron lifetime measurements for characterization of nano-structural changes in the age hardenable AlCuMg 2024 alloy | |
| Wen et al. | The effect of irradiation parameters of high-intensity pulsed ion beam on tribology performance of YWN8 cemented carbides | |
| RU2569920C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2422801C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2365899C1 (en) | Method of forecasting of wear resistance of carbide cutting tools | |
| RU2540444C2 (en) | Forecasting of carbide tool durability | |
| RU2591874C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Hussein et al. | Effect of current mode on the plasma discharge, microstructure and corrosion resistance of oxide coatings produced on 1100 aluminum alloy by plasma electrolytic oxidation | |
| RU2251095C1 (en) | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2584275C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| McLachlan et al. | 40.81-eV photoelectron study of Cu, Ag, and Au surfaces | |
| RU2596864C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2518238C2 (en) | Forecasting of carbide tool durability | |
| Barlak et al. | Raman Spectroscopy in the investigations of indexable knives for woodbased materials machining |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160611 |