RU2569920C1 - Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools - Google Patents
Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569920C1 RU2569920C1 RU2014132538/28A RU2014132538A RU2569920C1 RU 2569920 C1 RU2569920 C1 RU 2569920C1 RU 2014132538/28 A RU2014132538/28 A RU 2014132538/28A RU 2014132538 A RU2014132538 A RU 2014132538A RU 2569920 C1 RU2569920 C1 RU 2569920C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbide
- wear resistance
- cutting
- tools
- cutting tools
- 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 an intensity of about 5 Oersted, the magnetic permeability of the material is measured, and the magnitude of the material’s wear resistance is determined from the magnetic permeability - resistance graph plotted for the reference sample [ 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 operational characteristic - wear resistance is controlled by this method by assessing the physical condition using relative magnetic permeability in only one of the components of the hard alloy - cobalt bond. This is because tungsten carbide is a paramagnet and its contribution from magnetization to the total relative magnetic permeability is small. Therefore, using this method, essentially, the relative magnetic permeability of cobalt 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 wear results 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 G0IN 3/58, BI 1991 No. 19]. The selected initial parameter in this method is the value of thermal conductivity. The main disadvantage of this method is that it is very difficult to more or less accurately determine the rate of heat propagation in materials in which free electrons are the heat carriers. Hard alloys are such materials, and their heat transfer is ensured by the movement of electrons. The thermal conductivity of all hard alloys differs by a small amount. As a result of this, it is very difficult to determine the fluctuations of thermal conductivity (changing wear resistance) for one particular grade of hard alloy (they are almost invisible) during control. In addition, the measurement of thermal conductivity is associated with great technical difficulties. High-quality provision of verification actions, in this situation, with reliable acting, recording and auxiliary instruments and devices guaranteeing high measurement accuracy, will entail a significant increase in the cost of control operations. As a result of this, this control method is not very promising for use in both laboratory and production conditions.
Известен способ прогнозирования износостойкости режущего инструмента, выбранный в качестве прототипа, и заключающийся в следующем. Сначала проводят эталонные испытания режущих инструментов при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Затем 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" и выполняют статистический контроль только величины исходного параметра для текущей партии твердосплавных режущих инструментов.A known method for predicting the wear resistance of a cutting tool, selected as a prototype, and which consists in the following. First, benchmarks of cutting tools are carried out at an optimal or close cutting speed. Then, tests are carried out to change the value of the initial parameter from the properties of the surface polyoxide structure of the hard alloy formed during its heating, build the reference correlation dependence "initial parameter - wear resistance" and perform statistical control only of the value of the initial parameter for the current batch of carbide cutting tools.
После этого прогнозируют износостойкость для текущей партии инструментов на основании зависимости: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 в пикосекундах, 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 in picoseconds, 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 в пикосекундах, 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 в пикосекундах, внедренных в поверхность и приповерхностные слои твердых сплавов и производящих оценку электронной плотности их структуры. По величине электронной плотности (по времени жизни позитронов в пикосекундах) 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 in picoseconds, obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from the current - controlled batch. In this case, the positron lifetime in picoseconds 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. By the value of the electron density (by the positron lifetime in picoseconds), the wear resistance of the manufactured cutting tools is predicted. [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 evaluated at the atomic level and the results are not always compared with the results obtained by wear resistance, leading to an accurate forecast. This method allows you to sort out - to predict the wear resistance of hard alloys, similar in appearance and degree of defective structure. Comparison of structures that differ greatly in appearance and degree of defectiveness gives quite noticeable errors in the forecast of wear resistance of carbide cutting tools. As a result 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 необратимой (пластической) величиной глубины внедрения наноиндентора в поверхностную и приповерхностную структуру карбидных зерен. С увеличением необратимой глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидных зерен 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 group of applicability To cutting tools is to increase accuracy and reduce the complexity when predicting the wear resistance of carbide cutting tools. Prediction is based on a close correlation between wear resistance and irreversible (plastic) value of the depth of penetration of a nanoindenter into the surface and surface structures of carbide grains. With an increase in the irreversible depth of penetration of the nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grains of hard alloys of applicability group K, the wear resistance of cutting tools made from these hard alloys 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 in the manufacturing process of carbide cutting materials, benchmark tests of cutting tools for wear resistance in the process of cutting materials, causing their intensive adhesive wear at an optimum or close cutting speed, the 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 aЭ 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 - the current wear resistance in minutes for carbide cutting tools that have been tested, from the projected current batch of carbide products;
hПТ - текущее значение выбранного исходного параметра, полученное при контроле поверхностной и приповерхностной структуры твердосплавных сменных режущих пластин из текущей - прогнозируемой партии твердосплавной продукции;h PT - 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;
hЭ1 и hЭ2 - 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 необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К возрастает.h E1 and h E2 are the average values of the values of the selected initial parameter 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, in order to increase the accuracy of predicting wear resistance, the initial parameter is used the value of the irreversible - the plastic depth of penetration of the nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain, with an increase in which the wear resistance of hard osplavnyh cutting tools Group applicability to the increases.
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 подвергать диссипации энергию, поступающую со стороны контактных поверхностей обрабатываемого материала. Вследствие этого энергия, направленная на реализацию адгезионных явлений в зонах контакта, не достигает своих критических значений, а вероятность локальных микросварочных процессов, происходящих в зонах контакта поверхностей режущего инструмента и обрабатываемого материала, существенно снижается. В итоге, эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К, при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастают.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 near-surface structure, which determines the most important physicomechanical and operational properties of carbide cutting tools of this group, is its ability to dissipate the energy coming from the contact surfaces of the processed material. As a result, the energy directed to the realization of adhesion phenomena in the contact zones does not reach its critical values, and the probability of local microwelding processes occurring in the contact zones of the surfaces of the cutting tool and the material being processed is significantly reduced. As a result, the operational characteristics of carbide cutting tools of the applicability group K, when they process materials that cause intense adhesive wear, increase.
Основной структурной составляющей твердого сплава является карбидное зерно. Именно от состава и свойств карбидного зерна, в основном, зависят эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов. На поверхности и в приповерхностных слоях карбидного зерна могут в различной степени проявляться пластические свойства. Это зависит от состава карбидного зерна, ликвации свойств его структуры, наличия примесей, технологии его получения и т.д. Пластические свойства поверхности и приповерхностной области карбидного зерна характеризуют его свойства, зависят, в свою очередь, от объемных свойств и отражают свойства твердых сплавов в целом.The main structural component of the hard alloy is carbide grain. It is on the composition and properties of carbide grain, mainly, the operational characteristics of carbide cutting tools depend. On the surface and in the surface layers of carbide grain, plastic properties can manifest themselves to varying degrees. It depends on the composition of carbide grain, segregation of the properties of its structure, the presence of impurities, the technology for its production, etc. The plastic properties of the surface and near-surface region of carbide grain characterize its properties, depend, in turn, on bulk properties and reflect the properties of hard alloys as a whole.
Необратимая - пластическая величина глубины проникновения наноиндентора в поверхностную и приповерхностную структуру карбидного зерна складывается из величины проникновения за счет необратимой пластической деформации материала поверхности и приповерхностного слоя, а также за счет их частичного или полного хрупкого разрушения. Пластической деформации подвергаются части структуры материала с преимущественным металлическим характером связи между атомами. Частичному разрушению подвергаются элементы структуры материала с преимущественным характером ковалентной связи. Полному разрушению подвергаются части структуры материала с преимущественным характером ионной связи.Irreversible - the plastic value of the depth of penetration of the nanoindenter into the surface and surface structures of carbide grains consists of the penetration due to irreversible plastic deformation of the surface material and the surface layer, as well as due to their partial or complete brittle fracture. Parts of the structure of the material with a predominantly metallic nature of the bond between atoms undergo plastic deformation. The partial destruction of the elements of the structure of the material with the predominant nature of the covalent bond. Parts of the structure of the material with the predominant nature of the ionic bond are completely destroyed.
Поверхностные и приповерхностные слои карбидных зерен существенным образом отличаются по составу от объемной структуры.The surface and near-surface layers of carbide grains significantly differ in composition from the bulk structure.
В периферийной области карбидного зерна могут располагаться соединения вольфрама с углеродом как с наиболее высокой, так и с наиболее низкой степенью стехиометрии. По направлению от периферии к центру карбидного зерна содержание углерода также может, как увеличиваться, так и уменьшаться. Причем интенсивность увеличения или снижения степени стехиометрии может быть совершенно различной. В центральной части карбидного зерна могут находиться оксикарбидные и оксидные соединения. На поверхности и в приповерхностных слоях данного компонента могут располагаться тонкие слои графита.In the peripheral region of carbide grain, compounds of tungsten with carbon can be located with both the highest and the lowest degree of stoichiometry. In the direction from the periphery to the center of the carbide grain, the carbon content can also both increase and decrease. Moreover, the intensity of increasing or decreasing the degree of stoichiometry can be completely different. In the central part of the carbide grain, there may be oxycarbide and oxide compounds. Thin layers of graphite may be located on the surface and in the surface layers of this component.
Соединения вольфрама с углеродом образуются за счет объединения общих электронов (создание металлической связи). Причем с уменьшением доли углерода удельный вес металлической связи между атомами в соединении возрастает. В комплексных соединениях, входящих в состав карбидного зерна и образующихся на основе вольфрама, углерода и примесей кислорода, может присутствовать, наряду с металлической связью между компонентами, также ковалентная и ионная виды связи. Соединения вольфрама и кислорода могут формироваться одновременно как за счет ковалентной, так и ионной связей. Существенное влияние на формирование химических связей в соединениях, располагающихся на поверхности, в приповерхностных слоях и в объемной структуре карбидных зерен, оказывают другие вероятные примеси различных металлов и неметаллов. Наличие одних химических элементов в карбидном зерне, как например щелочных и щелочноземельных металлов, способствует образованию комплексных соединений с преимущественным характером металлической связи. Наличие в качестве примесей таких элементов как сера, сурьма или мышьяк приводит к формированию с основными компонентами карбидного зерна комплексных соединений с преимущественным характером ковалентной или ионной связей. Состав карбидного зерна и его фазовое состояние оказывает большое влияние также и на формирование его адсорбционных свойств по отношению к кислороду. Так, с увеличением концентрации металлических примесей в составе карбидного зерна, адсорбционные свойства его структуры по отношению к кислороду возрастают. Наличие значительного количества в составе карбидного зерна неметаллических элементов приводит к снижению адсорбционной активности по отношению к кислороду. Химическая связь между элементами карбидного зерна характеризуется ее энергией и длиной. Энергию и длину связи определяет концентрационное соотношение между атомами вольфрама и углерода. Чем больше энергия связи, тем меньше расстояние между атомами соединения. Как правило, с ростом длины связи увеличивается вероятность наличия в структуре соединений пластических характеристик, а с ее уменьшением пластические характеристики соединений снижаются. В итоге с ростом расстояния между атомами в соединениях вклад пластической компоненты, характеризующей твердость поверхности карбидного зерна, повышается. Наоборот, с уменьшением длины связей между атомами в соединениях происходит повышение твердости, а также уровня частичного и полного разрушения связей, происходящего при углублении наноиндентора. Таким образом, необратимое - пластическое углубление наноиндентора в поверхностную и приповерхностную структуру происходит как за счет пластической деформации (пластических сдвигов слоев), так и за счет их частичного и полного разрушения. Частичное разрушение происходит в результате нарушения отдельных связей между атомами соединений. Полное разрушение происходит в результате разрушения всех связей между атомами в кристаллической решетке.Compounds of tungsten with carbon are formed by combining common electrons (creating a metal bond). Moreover, with a decrease in the carbon fraction, the specific gravity of the metal bond between atoms in the compound increases. In complex compounds that make up carbide grain and are formed on the basis of tungsten, carbon and oxygen impurities, covalent and ionic types of bonds can be present, along with the metal bond between the components. Compounds of tungsten and oxygen can be formed simultaneously both due to covalent and ionic bonds. Other possible impurities of various metals and nonmetals have a significant effect on the formation of chemical bonds in compounds located on the surface, in the surface layers, and in the bulk structure of carbide grains. The presence of certain chemical elements in carbide grain, such as alkali and alkaline earth metals, promotes the formation of complex compounds with the predominant nature of the metal bond. The presence of elements such as sulfur, antimony or arsenic as impurities leads to the formation of complex compounds with the main components of carbide grain with the predominant nature of covalent or ionic bonds. The composition of carbide grain and its phase state also have a great influence on the formation of its adsorption properties with respect to oxygen. So, with an increase in the concentration of metallic impurities in the composition of carbide grains, the adsorption properties of its structure with respect to oxygen increase. The presence of a significant amount of non-metallic elements in the carbide grain composition leads to a decrease in adsorption activity with respect to oxygen. The chemical bond between the elements of carbide grain is characterized by its energy and length. The energy and bond length is determined by the concentration ratio between tungsten and carbon atoms. The higher the binding energy, the smaller the distance between the atoms of the compound. As a rule, with an increase in the bond length, the probability of the presence of plastic characteristics in the structure of compounds increases, and with its decrease, the plastic characteristics of compounds decrease. As a result, as the distance between the atoms in the compounds increases, the contribution of the plastic component characterizing the hardness of the surface of the carbide grain increases. On the contrary, with a decrease in the length of bonds between atoms in compounds, an increase in hardness occurs, as well as the level of partial and complete destruction of bonds that occurs when a nanoindenter is deepened. Thus, irreversible - the plastic deepening of the nanoindenter into the surface and near-surface structure occurs both due to plastic deformation (plastic shears of the layers) and due to their partial and complete destruction. Partial destruction occurs as a result of the violation of individual bonds between the atoms of the compounds. Complete destruction occurs as a result of the destruction of all bonds between atoms in the crystal lattice.
При измерении нанотвердости пластическое - необратимое углубление индентора, характеризующее твердость поверхности и приповерхностных слоев, реализуется за счет необратимой деформации, а также за счет частичного и полного разрушения связей в структуре контролируемого материала. Соотношение между видами необратимого разрушения поверхности и приповерхностных слоев при углублении индентора зависит от свойств материала в данной области карбидного зерна. Механические свойства поверхностных и приповерхностных соединений зависят от технологии получения карбидного зерна, его состава, фазового строения, наличия примесей, адсорбционных характеристик структуры и т.д.When measuring nanohardness, a plastic - irreversible indenter recess characterizing the hardness of the surface and near-surface layers is realized due to irreversible deformation, as well as due to the partial and complete destruction of bonds in the structure of the controlled material. The relationship between the types of irreversible destruction of the surface and the surface layers when the indenter is deepened depends on the properties of the material in this region of carbide grain. The mechanical properties of surface and surface compounds depend on the technology for producing carbide grain, its composition, phase structure, the presence of impurities, the adsorption characteristics of the structure, etc.
Состав карбидного зерна оказывает большое влияние на адсорбционные свойства его поверхности по отношению к кислороду, окисляемость, хрупкие и пластические характеристики и, соответственно, на величину пластического - необратимого внедрения индентора в поверхность и приповерхностную область. Последнее в свою очередь приводит к повышению износостойкости твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К, при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ.The composition of carbide grain has a great influence on the adsorption properties of its surface with respect to oxygen, oxidizability, brittle and plastic characteristics, and, accordingly, on the amount of plastic - irreversible penetration of the indenter into the surface and near-surface region. The latter, in turn, leads to an increase in the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K, when they process materials that cause intense adhesive wear.
Большое влияние на величину пластического - необратимого углубления индентора в поверхностную и приповерхностную структуру карбидного зерна оказывают оксидные пленки. Причем с уменьшением степени когерентности между подложкой и формируемой оксидной пленкой удельный вес пластического углубления индентора в поверхность и в приповерхностную структуру возрастает. Это происходит за счет роста частичного и полного разрушения связей в материале оксидной пленки и трансформированной за счет окисления приповерхностной области.Oxide films have a great influence on the magnitude of the plastic — irreversible indentation of the indenter into the surface and surface structures of carbide grains. Moreover, with a decrease in the degree of coherence between the substrate and the formed oxide film, the specific gravity of the plastic indentation of the indenter into the surface and into the surface structure increases. This occurs due to the growth of partial and complete destruction of bonds in the material of the oxide film and the surface region transformed due to oxidation.
Таким образом, чем выше разориентация между отдельными островковыми образованиями - поликристаллическими оксидными островковыми пленками между собой и подложкой, тем в большей степени они и приповерхностная структура подвергается пластическим - необратимым деформациям, частичным и полным разрушениям и тем выше реализация величины нанотвердости за счет необратимого внедрения индентора в структуру карбидного зерна. На степень когерентности подложки и формируемой оксидной пленки оказывают влияние множество факторов. Основными из них являются: состав исходных компонентов, необходимых для получения карбидных зерен, технология их получения, особенности спекания и последующего охлаждения твердосплавных образцов. Большое влияние на процесс окисления поверхности и формирование оксидной пленки с теми или иными свойствами оказывает вид и степень дефектности исходной поверхности и приповерхностной структуры карбидного зерна, а также наличие в составе карбидного зерна различных примесей.Thus, the higher the misorientation between individual islet formations — polycrystalline oxide islet films between themselves and the substrate, the more they and the surface structure undergo plastic — irreversible deformations, partial and complete fracture, and the higher the realization of the nan hardness due to the irreversible penetration of the indenter into carbide grain structure. Many factors influence the degree of coherence of the substrate and the formed oxide film. The main ones are: the composition of the starting components needed to produce carbide grains, the technology for their preparation, the sintering and subsequent cooling of carbide samples. The appearance and degree of imperfection of the initial surface and the surface structure of the carbide grain, as well as the presence of various impurities in the composition of the carbide grain, have a great influence on the process of surface oxidation and the formation of an oxide film with various properties.
Оксидные пленки на поверхности карбидных зерен образуются вследствие прямого окисления, за счет кислорода окружающей газовой среды, а также за счет кислорода, поступающего из глубинных слоев твердосплавной структуры.Oxide films on the surface of carbide grains are formed due to direct oxidation, due to the oxygen of the surrounding gas environment, and also due to oxygen coming from the deep layers of the carbide structure.
На свойства поверхности и приповерхностного слоя адсорбировать кислород и другие газовые элементы, формировать оксидные пленки с различной степенью когерентности к подложке большое влияние оказывает состав и структурное состояние объема карбидного зерна.The properties of the surface and the surface layer to adsorb oxygen and other gas elements, to form oxide films with various degrees of coherence to the substrate, are greatly affected by the composition and structural state of the volume of carbide grain.
Концентрация углерода, повышающаяся к центру карбидного зерна, обеспечивает ему высокий предел прочности на сжатие. Эти качества исключают упругий прогиб поверхности в области внедрения индентора и обеспечивают высокую пластичность и податливость структуры.A carbon concentration rising toward the center of the carbide grain provides it with a high compressive strength. These qualities exclude elastic deflection of the surface in the region of indenter penetration and provide high ductility and ductility of the structure.
Величина пластического - необратимого внедрения индентора количественно характеризует запас диссипативных возможностей поверхностного слоя, его способность адсорбировать кислород, подвергаться окислению, экранировать межмолекулярное взаимодействие и выполнять роль твердой смазки. С увеличением глубины необратимой - пластической деформации поверхностного слоя у карбидных зерен, за счет пластических сдвигов, а также за счет частичных и полных разрушений связей между структурными элементами, износостойкость твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов, при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, повышается.The value of the plastic - irreversible penetration of the indenter quantitatively characterizes the stock of dissipative capabilities of the surface layer, its ability to adsorb oxygen, undergo oxidation, screen intermolecular interaction and play the role of a solid lubricant. With increasing depth of irreversible - plastic deformation of the surface layer of carbide grains, due to plastic shears, as well as due to partial and complete destruction of bonds between structural elements, the wear resistance of carbide applicability groups of K cutting tools, when they process materials that cause intense adhesive wear, increases .
В процессе резания поверхностная и приповерхностная область карбидных зерен испытывает со стороны обрабатываемого материала интенсивное силовое воздействие в виде напряжений сжатия, растяжения, кручения, комплексного воздействия сложного напряженного состояния и т.д. Причем действие этих напряжений носит циклический, знакопеременный характер. Кроме постоянных основных, нормальных и касательных напряжений, на контактных поверхностях режущего клина периодически действуют высокие локальные напряжения. Эти напряжения возникают в результате адгезионного взаимодействия контактирующих поверхностей в одной или нескольких локальных точках, где проявляется наиболее высокое действие энергии активации, создаваемой основными нормальными и касательными напряжениями. Чаще всего адгезионное взаимодействие происходит в точках сосредоточения на поверхности карбидного зерна, принадлежащего твердому сплаву, группы активных центров, располагающихся в точках выступа микрорельефа поверхности, в которых достигается критическое значение величины энергии активации. Адгезионное взаимодействие в локальных точках, как правило, сначала сопровождается нарастанием сжимающих напряжений и реализацией микросварочных контактов. После достижения сжимающими напряжениями в области контакта наибольших значений наступает период перехода их в растягивающие напряжения. Нарастание растягивающих напряжений всегда заканчивается разрушением образовавшегося локального контакта. С ростом пластических свойств поверхности и приповерхностной области карбидного зерна вероятность образования точечной сварки между инструментальным и обрабатываемым материалом снижается, а разрушение (разъединение) образующихся сварочных соединений происходит, как правило, по месту образования сварочного шва. Высокие пластические характеристики поверхности и приповерхностной области инструментального материала повышают вероятность разъединение образовавшегося адгезионного соединения по поверхности микросварного шва. В этом случае в процессе каждого повторного акта адгезии данного конкретного микроучастка поверхности карбидного зерна с обрабатываемым материалом происходит пластическая деформация (вытягивание) карбидной структуры в данных локальных точках. Периодический характер действия растягивающих напряжений, направленный на локальные области поверхности карбидного зерна, вызываемый адгезионными явлениями, приводит к формированию на его поверхности конусообразного нанорельефа с чередующимися выступами и впадинами. Выступы могут формироваться также в результате периодического действия серии растягивающих, сжимающих, изгибающих деформаций, деформации кручения, инициируемых процессами адгезионного взаимодействия. В итоге на поверхности карбидного зерна происходит формирование развитой шероховатой поверхности на различных по масштабу структурных уровнях. Трансформация поверхности карбидного зерна, вызываемая адгезионными явлениями и обеспечиваемая высокой пластичностью структуры приводит к повышению его окисляемости, снижению касательных и росту нормальных напряжений, уменьшению коэффициента трения в зонах контакта инструментального и обрабатываемого материалов. В итоге, износостойкость режущих инструментов группы применяемости К, при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает.During cutting, the surface and near-surface region of carbide grains undergo intense force from the side of the material being processed in the form of compressive, tensile, torsional, complex stresses, etc. Moreover, the action of these stresses is cyclical, alternating in nature. In addition to constant basic, normal, and tangential stresses, high local stresses periodically act on the contact surfaces of the cutting wedge. These stresses arise as a result of the adhesive interaction of the contacting surfaces at one or several local points, where the highest effect of the activation energy created by the basic normal and tangential stresses is manifested. Most often, the adhesive interaction occurs at the points of concentration on the surface of the carbide grain belonging to the hard alloy, a group of active centers located at the points of protrusion of the surface microrelief, in which a critical value of the activation energy is reached. Adhesive interaction at local points, as a rule, is first accompanied by an increase in compressive stresses and the implementation of microwelding contacts. After the compressive stresses reach the highest values in the contact area, a period of their transition to tensile stresses begins. The growth of tensile stresses always ends with the destruction of the formed local contact. With the increase in the plastic properties of the surface and the surface region of carbide grain, the likelihood of spot welding between the tool and the material being processed decreases, and the destruction (separation) of the formed welding joints occurs, as a rule, at the place of formation of the weld. The high plastic characteristics of the surface and the near-surface region of the tool material increase the likelihood of separation of the formed adhesive joint on the surface of the microwelded seam. In this case, during each repeated act of adhesion of this particular microregion of the surface of the carbide grain with the processed material, plastic deformation (stretching) of the carbide structure occurs at these local points. The periodic nature of the action of tensile stresses directed to local areas of the surface of carbide grain caused by adhesive phenomena leads to the formation of a cone-shaped nanorelief with alternating protrusions and depressions on its surface. The protrusions can also be formed as a result of the periodic action of a series of tensile, compressive, bending deformations, torsion deformation, initiated by the processes of adhesive interaction. As a result, a developed rough surface is formed on the surface of carbide grain at structural levels of various scales. The transformation of the surface of carbide grain caused by adhesion phenomena and provided by high ductility of the structure leads to an increase in its oxidizability, a decrease in tangents and an increase in normal stresses, and a decrease in the coefficient of friction in the contact zones of tool and work materials. As a result, the wear resistance of the cutting tools of the applicability group K increases when they process materials that cause intense adhesive wear.
Периодический характер деформаций сжатия и растяжения участков на выступах поверхности карбидного зерна приводит к накоплению в их внутренней структуре высокой плотности дислокаций и, в конечном итоге, к их разрушению за счет усталостных явлений. Наиболее низкий уровень разрушений микрорельефа при его деформации, за счет знакопеременных напряжений, достигается при некоторых температурах, когда кристаллическая решетка поверхности и приповерхностной области приобретает структуру с повышенным числом плоскостей легкого скольжения. В данных условиях пластической деформации нанорельеф поверхности контакта приобретает высокую циклическую прочность и повышенную адсорбционную активность по отношению к кислороду. Вследствие этого улучшается процесс производства диссипативных оксидных структур и увеличивается срок функционирования карбидных зерен, а следовательно и режущих инструментов в целом.The periodic nature of compressive and tensile strains on the protrusions of the surface of the carbide grain leads to the accumulation in their internal structure of a high density of dislocations and, ultimately, to their destruction due to fatigue phenomena. The lowest level of damage to the microrelief during its deformation, due to alternating stresses, is achieved at certain temperatures, when the crystal lattice of the surface and the surface region acquires a structure with an increased number of easy slip planes. Under these conditions of plastic deformation, the nanorelief of the contact surface acquires high cyclic strength and increased adsorption activity with respect to oxygen. As a result, the production process of dissipative oxide structures is improved and the life of carbide grains, and therefore the cutting tools as a whole, is increased.
Оксидные пленки и структуры, располагающиеся в полостях выступов и впадин, оказывают большое влияние как на контактные процессы, так и на износостойкость режущих инструментов. Причем в полостях микрорельефа карбидного зерна происходит формирование оксидных пленок с поликристаллической структурой. В состав этих пленок входят различные по стехиометрии оксиды вольфрама. Располагаются эти пленки во впадинах слоям в процессе чередования состава с наибольшей и наименьшей стехиометрией. На свежеобразующихся - ювенильных поверхностях выступов формирование поликристаллических оксидных пленок происходит преимущественно за счет окислительной атмосферы окружающей газовой среды. Поликристаллические оксидные пленки впадин формируются преимущественно за счет поступления кислорода из внутренних слоев структуры. Вследствие слоистого строения данные пленки эффективным образом участвуют как в смазке контактирующих поверхностей, так и в экранировании межмолекулярного взаимодействия. Формированию слоистого строения у оксидных пленок способствует также их непрерывная сублимация и конденсация.Oxide films and structures located in the cavities of protrusions and depressions have a great influence on both contact processes and the wear resistance of cutting tools. Moreover, in the cavities of the microrelief of carbide grain, oxide films with a polycrystalline structure are formed. These films include tungsten oxides of various stoichiometries. These films are located in the depressions of the layers in the process of alternating the composition with the highest and lowest stoichiometry. On the freshly formed - juvenile surfaces of the protrusions, the formation of polycrystalline oxide films occurs mainly due to the oxidizing atmosphere of the surrounding gas environment. Polycrystalline oxide films of depressions are formed mainly due to the supply of oxygen from the inner layers of the structure. Owing to the layered structure, these films effectively participate both in the lubrication of contacting surfaces and in the shielding of intermolecular interaction. The formation of a layered structure in oxide films is also facilitated by their continuous sublimation and condensation.
С увеличением пластических свойств поверхности и приповерхностной области карбидных зерен происходит рост, за счет пластической деформации выступов увеличивается развитость микрорельефа, увеличивается в итоге суммарный объем поверхностных впадин, в полости которых формируются оксидная масса и оксидные пленки, которые эффективным образом экранируют и межмолекулярное взаимодействие, и выполняют роль твердой смазки.With the increase in the plastic properties of the surface and near-surface region of carbide grains, growth occurs, due to the plastic deformation of the protrusions, the development of the microrelief increases, as a result, the total volume of surface depressions, in the cavity of which the oxide mass and oxide films are formed, effectively shield and intermolecular interaction, and perform role of solid lubricant.
При достаточно высоком наличии в поверхностном и приповерхностном слое карбидного зерна металлического характера связей между атомами, при сублимации и последующей конденсации газообразного оксида, сначала на дне впадины нанорельефа формируется переходной оксикарбидный слой. Это приводит к тому, что при дальнейших явлениях сублимации - конденсации процесс вероятного формирования поликристаллических пленок повышается. При этом между подложкой и наслаиваемой оксидной пленкой переход типа химической связи, от металлической к ковалентной, происходит постепенно. Это также предопределяет то, что интенсивность хрупкого разрушения оксидной массы, выполняющей роль твердой смазки, в наибольшей степени проявляется только в зоне контакта с обрабатываемым материалом. Используемая для смазки, из конкретной впадины, оксидная масса пополняется за счет непрерывно сублимируемого и подвергающегося конденсации газообразного оксида.With a sufficiently high presence in the surface and near-surface layers of carbide grains of a metallic nature of bonds between atoms, during sublimation and subsequent condensation of gaseous oxide, a transition oxycarbide layer is first formed at the bottom of the nanorelief cavity. This leads to the fact that with further phenomena of sublimation - condensation, the process of the probable formation of polycrystalline films increases. Moreover, between the substrate and the layered oxide film, a transition of the type of chemical bond, from metallic to covalent, occurs gradually. This also determines that the intensity of brittle fracture of the oxide mass, which plays the role of a solid lubricant, is manifested to the greatest extent only in the contact zone with the processed material. Used for lubrication, from a particular cavity, the oxide mass is replenished by continuously sublimating and condensing gaseous oxide.
Поликристаллические оксидные пленки, размещающиеся в результате конденсации, во впадинах микрорельефа, имеют высокую теплоемкость и низкую теплопроводность. Вследствие этого в зонах контакта, даже при циклическом характере изменения контактных напряжений и коэффициентов трения как на передней, так и на задней поверхности режущего клина, сохраняется постоянный температурный режим. Это в свою очередь, стабилизирует процессы адсорбции контактными поверхностями кислорода окружающей газовой среды, окисления контактных поверхностей, сублимации оксидной массы, конденсации газообразного сублимата, экранирования межмолекулярного взаимодействия и твердой смазки. В итоге износостойкость твердосплавного режущего инструмента группы применяемости К, при обработке материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает. Это достигается в итоге за счет высоких пластических свойств поверхности и приповерхностных областей карбидных зерен, которые в свою очередь определяются преимущественным наличием в соединениях между вольфрамом и углеродом металлического характера химической связи.Polycrystalline oxide films located as a result of condensation in the basins of the microrelief have high heat capacity and low thermal conductivity. As a result of this, in the contact zones, even with the cyclical nature of the change in contact stresses and friction coefficients both on the front and on the rear surface of the cutting wedge, a constant temperature regime is maintained. This, in turn, stabilizes the processes of adsorption of oxygen by the contact surfaces of the surrounding gas environment, oxidation of contact surfaces, sublimation of the oxide mass, condensation of gaseous sublimate, screening of intermolecular interaction and solid lubricant. As a result, the wear resistance of the carbide cutting tool of the applicability group K increases when processing materials that cause intense adhesive wear. This is achieved in the end due to the high plastic properties of the surface and near-surface regions of carbide grains, which in turn are determined by the predominant presence of a metallic nature of the chemical bond in the compounds between tungsten and carbon.
Высокие пластические свойства поверхности и приповерхностной области карбидных зерен определяются также низким уровнем дефектности их структуры. Это, в свою очередь, предполагает при конденсации газообразного оксидного сублимата, формирование с более высокой вероятностью, во впадинах микрорельефа, карбидного зерна, не монокристаллических, а поликристаллических оксидных пленок. Другими словами, с уменьшением степени дефектности подложки вероятность формирования поликристаллических оксидных пленок возрастает. В этом случае на границе пленка - подложка, вследствие наличия несоответствия параметров кристаллических решеток возникают значительные касательные напряжения. Следовательно, на поверхности раздела подложка - пленка будут возникать области сжатия и области растяжения. Данные деформации приводят к возникновению напряжений на поверхности раздела, которые действуют нормально к этой поверхности и, соответственно, способствуют отслаиванию пленок и их хрупкому разрушению. Процесс сублимации и последующей конденсации газообразного сублимата, образование поликристаллических оксидных пленок, имеющих слабую связь с подложкой, их увлечение поверхностью сходящей стружкой или обрабатываемой поверхностью, выполнение ими роли твердой смазки в межконтактных трибологических процессах приводит к повышению износостойкости режущих инструментов группы применяемости К, при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. С ростом величины несоответствия параметров кристаллических решеток в области сопряжения оксидной пленки и подложки энергия поверхности раздела повышается и, как следствие, повышается вероятность разрушения формируемой оксидной структуры. В данном случае повышается эффективность реализации оксидной массы в качестве твердой смазки.The high plastic properties of the surface and near-surface region of carbide grains are also determined by the low level of imperfection of their structure. This, in turn, presupposes the formation of a gaseous oxide sublimate during condensation, the formation with a higher probability, in the depressions of the microrelief, carbide grain, not of single-crystal, but of polycrystalline oxide films. In other words, with a decrease in the degree of imperfection of the substrate, the probability of the formation of polycrystalline oxide films increases. In this case, at the film – substrate interface, significant tangential stresses arise due to the mismatch of the crystal lattice parameters. Therefore, on the substrate – film interface, compression regions and extension regions will arise. These deformations lead to the appearance of stresses on the interface, which act normally to this surface and, accordingly, contribute to the delamination of the films and their brittle fracture. The process of sublimation and subsequent condensation of gaseous sublimate, the formation of polycrystalline oxide films that have a weak bond with the substrate, their entrainment by the surface with descending chips or the surface to be treated, their role as a solid lubricant in intercontact tribological processes leads to an increase in the wear resistance of cutting tools of the applicability group K when they are processed materials causing intense adhesive wear. With an increase in the mismatch between the parameters of the crystal lattices in the interface between the oxide film and the substrate, the energy of the interface increases and, as a result, the probability of destruction of the formed oxide structure increases. In this case, the efficiency of selling the oxide mass as a solid lubricant is increased.
При низкой пластичности поверхности и приповерхностной области карбидного зерна на нем преимущественно формируются тонкие оксидные структуры. При образовании тонких поликристаллических оксидных формирований процесс релаксации упругих напряжений в их структуре происходит беспрепятственно, в результате их поверхностных деформаций. Данное обстоятельство предопределяет высокую прочность между пленкой и подложкой. Последнее затрудняет разрушение пленок и использование материала оксидной структуры в качестве твердой смазки. Это возникает при низкой интенсивности процессов сублимации и последующей конденсации оксидного сублимата.With low plasticity of the surface and the near-surface region of carbide grain, fine oxide structures are predominantly formed on it. During the formation of thin polycrystalline oxide formations, the process of relaxation of elastic stresses in their structure occurs unhindered, as a result of their surface deformations. This circumstance determines the high strength between the film and the substrate. The latter complicates the destruction of the films and the use of the material of the oxide structure as a solid lubricant. This occurs at a low intensity of the processes of sublimation and subsequent condensation of oxide sublimate.
При высокой пластичности поверхности и приповерхностной области карбидного зерна на нем преимущественно формируются толстые оксидные структуры. Большая толщина пленки не допускает релаксации упругих напряжений и вероятность разрушения такой оксидной структуры и выполнение ею роли твердой смазки высокая. Процесс образования оксидных структур сопровождается их интенсивной сублимацией и последующей конденсацией, что в свою очередь поддерживает высокую равномерность толщины оксидного покрова контактных поверхностей.With high ductility of the surface and the near-surface region of carbide grain, thick oxide structures are predominantly formed on it. The large film thickness does not allow relaxation of elastic stresses and the probability of destruction of such an oxide structure and its fulfillment of the role of a solid lubricant is high. The process of formation of oxide structures is accompanied by their intense sublimation and subsequent condensation, which in turn maintains a high uniformity of the oxide thickness of the contact surfaces.
Таким образом, высокие пластические свойства поверхности карбидного зерна предполагают формирование на его поверхности высокой развитости нанорельефа и формирование на нем эффективной поликристаллической оксидной структуры, выполняющей экранирование межмолекулярного взаимодействия и выполняющего роль твердой смазки. При этом с ростом необратимого внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна, обеспечиваемого высокими его пластическими свойствами, износостойкость режущих инструментов группы применяемости К, при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает.Thus, the high plastic properties of the surface of carbide grain suggest the formation of a highly developed nanorelief on its surface and the formation of an effective polycrystalline oxide structure on it, which performs screening of intermolecular interaction and acts as a solid lubricant. At the same time, with the growth of the irreversible penetration of the nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain, which is ensured by its high plastic properties, the wear resistance of cutting tools of the applicability group K increases 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 различные виды поверхностной и объемной упрочняющей обработки (термическая, ионная, электронная и радиационная обработка). Между пластической - необратимой глубиной внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидных зерен и эксплуатационными характеристиками твердых сплавов и в данном случае наблюдается также устойчивая корреляционная связь. И для данных инструментальных материалов соблюдается правило: с увеличением необратимой глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидных зерен, 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 various types of surface and volume hardening treatments (thermal, ionic, electronic and radiation treatments). Between the plastic - irreversible depth of penetration of the nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grains and the operational characteristics of hard alloys, in this case, a stable correlation is also observed. And for these tool materials, the rule is observed: with an increase in the irreversible depth of penetration of a nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grains, 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 и подвергают шлифованию и полированию одну из поверхностей (например, посадочную). Шероховатость поверхности после полирования должна составлять Ra=0,040-0,020 мкм. Затем образцы вновь подвергают очистке. После очистки полированные поверхности у режущих пластин подвергают травлению с целью выявления границ карбидного зерна - α-фазы. Для этого используют травители рекомендуемые стандартом ГОСТ 9391-80. После выполнения этих действий режущие пластины по очереди устанавливают на предметный столик нанотвердомера, закрепляют в специальном приспособлении, выбирают параметры измерения нанотвердости, определяют место индентирования и непосредственно производят измерение нанотвердости карбидных зерен. Измерение нанотвердости производят в центральной части карбидного зерна. При измерении нанотвердости нагрузка на наноиндентор составляла 100 мН (10 г). Скорость приложения нагрузки при внедрении наноиндентора в поверхность составляла 100 мН/мин. Расстояние между объектами индентирования должно составлять не менее 100 мкм.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 tests, the cutting inserts are thoroughly cleaned and subjected to grinding and polishing of one of the surfaces (for example, a landing). The surface roughness after polishing should be Ra = 0,040-0,020 microns. Then the samples are again subjected to purification. After cleaning, the polished surfaces of the cutting inserts are subjected to etching in order to identify the boundaries of carbide grain - α-phase. For this, etchants recommended by the standard GOST 9391-80 are used. After performing these steps, the cutting inserts are mounted in turn on the stage of the nanosolid tester, fixed in a special device, the parameters for measuring the nanoscale hardness are selected, the location of the indentation is determined, and the carbide grains are measured directly. The measurement of nanohardness is carried out in the central part of carbide grain. When measuring nanohardness, the load on the nanoindenter was 100 mN (10 g). The load application rate during the introduction of the nanoindenter into the surface was 100 mN / min. The distance between the objects of indentation should be at least 100 microns.
По окончании индентирования компьютер наноиндентора на основании имеющейся программы рассчитывает величину нанотвердости. В результате текстирования получают также графики изменения нагрузки по мере внедрения наноиндентора, а также цифровые данные (численные массивы) характеризующие все стороны процесса измерения нанотвердости. С помощью специальной компьютерной программы, на основании ввода численных массивов в персональный компьютер, получают значения необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна при измерении его нанотвердости. Необратимую - пластическую глубину внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна можно, также, получить путем несложных измерений этой величины на диаграмме «нагрузка - глубина внедрения наноиндентора», получаемой в процессе измерения нанотвердости.At the end of the indentation, the computer of the nanoindenter calculates the value of nanohardness based on the existing program. As a result of texturing, graphs of the load change as the nanoindenter is introduced, as well as digital data (numerical arrays) characterizing all aspects of the process of measuring nanohardness, are also obtained. Using a special computer program, on the basis of entering numerical arrays into a personal computer, the values of irreversible — the plastic depth of penetration of the nanoindenter into the surface and the near-surface region of carbide grain — are obtained when measuring its nanohardness. Irreversible - the plastic depth of penetration of a nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain can also be obtained by simple measurements of this quantity in the diagram “load - depth of penetration of a nanoindenter” obtained in the process of measuring nanohardness.
Процесс измерения величины необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора при измерении нанотвердости поверхности и приповерхностных слоев карбидных зерен осуществляли с помощью нанотвердомера Nano - Hardness Tester фирмы CSEM. В состав нанотвердомера входит перемещающийся предметный стол, на котором закрепляется образец, микроскоп, собственно нанотвердомер, блок управления перемещением стола, блок управления нанотвердомером, блок питания микроскопа, компьютер с программным обеспечением нанотвердомера.The process of measuring the value of the irreversible - plastic depth of penetration of a nanoindenter when measuring the surface nanohardness and the surface layers of carbide grains was carried out using a CSEM Nanohardness Tester (CSEM). The composition of the nanoscale hardness meter includes a moving object table on which a sample is mounted, a microscope, a nanoscale hardness meter itself, a table movement control unit, a nanoscale hardness meter control unit, a microscope power supply, a computer with a nanoscale hardness software.
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 независимых выборок у полученной партии твердосплавной продукции, определяют износостойкость каждой режущей пластины, определяют средние значения износостойкости для режущих пластин для каждой выборки, производят подготовку образов из использованных режущих пластин (шлифование, полирование очистка, травление), помещают образцы по очереди в рабочую зону нанотвердомера, измеряют необратимую - пластическую глубину внедрения при измерении нанотвердости, строят график зависимости износостойкости от глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна. Затем прогнозирование износостойкости у поставляемой партии твердосплавных режущих пластин группы применяемости К производят без испытания их в процессе резания, а только по величине измерения у них необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна. С увеличением необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхности и приповерхностную область карбидных зерен, принадлежащих твердосплавным режущим пластинам 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 - необратимая пластическая - глубина внедрения наноиндентора», 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 independent samples of the resulting batch of carbide products, determine the wear resistance of each cutting insert, determine the average wear resistance values for cutting inserts for each sample, prepare images from used cutting Lastin (grinding, polishing cleaning, etching), the samples were placed in turn in the working zone nanotverdomera measured irreversible - plastic depth of penetration as measured nanohardness, wear resistance plotted on the depth of penetration into the surface of a nanoindenter and nearsurface carbide grains. Then, the wear resistance of the supplied batch of carbide cutting inserts of the applicability group K is then predicted without testing them during the cutting process, and only by the size of their irreversible measurement — the plastic depth of penetration of the nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain. With an increase in the irreversible plastic depth of penetration of a nanoindenter in the surface and near-surface region of carbide grains belonging to carbide cutting 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, use dependence (1) and also use the graph of the dependence "wear resistance - irreversible plastic - depth of penetration of a nanoindenter", obtained earlier in the test - forecasting the wear resistance of the reference (first) batches of carbide cutting inserts.
На фиг. 1 представлена эталонная зависимость «износостойкость - необратимая - пластическая глубина внедрения наноиндентора», на основании которой производится прогнозирование износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих пластин, при резании ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ.In FIG. Figure 1 shows the reference relationship “wear resistance - irreversible - plastic depth of penetration of a nanoindenter”, on the basis of which a forecast is made of the wear resistance of carbide applicability groups K of cutting inserts when they are cutting materials that cause intense adhesive wear.
На фиг. 2 представлена схематическая зависимость изменения величины нагрузки от глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна.In FIG. Figure 2 shows a schematic dependence of the change in the magnitude of the load on the depth of penetration of the nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain.
Пластические свойства поверхности и приповерхностной области карбидного зерна зависят от элементного состава и типа химической связи между составляющими эту область элементами. На формирование состава и типа химической связи между элементами оказывают, в том числе, большое 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 на поверхности и в приповерхностной области между элементами карбидного зерна установится преимущественно металлический тип химической связи. Это обеспечит высокие пластические свойства поверхности и приповерхностной области. Такой подход обеспечит формирование наиболее оптимальной структуры твердых сплавов при их изготовлении. При этом с увеличением пластических свойств поверхности и приповерхностной области карбидных зерен в составе инструментальных твердых сплавов группы применяемости К, их износостойкость, при резании материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает.The plastic properties of the surface and near-surface region of carbide grain depend on the elemental composition and the type of chemical bond between the elements making up this region. A large number of controlled factors, including, for example, the main ones, influence the formation of the composition and type of chemical bond between the elements, including the main ones: the composition of the starting materials intended for the production of tungsten, cobalt, graphite powders, the presence of certain impurities , technology for producing these powders, technology for producing carbides, features of grinding and mechanical activation of powders, features of the sintering process of components of hard alloys, the composition of the gas medium used to obtain irrigators and their sintering. By purposefully controlling and regulating these factors, it is possible to create conditions under which a predominantly metallic type of chemical bond will be established on the surface and in the near-surface region between carbide grain elements. This will provide high plastic properties of the surface and the surface area. This approach will ensure the formation of the most optimal structure of hard alloys in their manufacture. Moreover, with increasing plastic properties of the surface and the surface region of carbide grains in the composition of instrumental hard alloys of 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 reference) in an amount of 10 pieces each, carbide cutting inserts of the applicability group K of the VK8 brand were tested for wear resistance on a model 163 screw-cutting lathe. As a processed material, 12Kh18N10T austenitic chromium-nickel steel was used. 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: 23,8; 24,8; 25,8; 26,7; 27,4; 28,5; 29,4; 31,2; 33,4; 34,3 мин. Среднее значение стойкости составило 28, 53 мин.Resistance (T 1i ) for samples of 10 pieces of the first reference batch was: 23.8; 24.8; 25.8; 26.7; 27.4; 28.5; 29.4; 31.2; 33.4; 34.3 minutes The average value of resistance was 28, 53 minutes.
Стойкость (Т2i) для образцов из 10 штук второй эталонной партии составила: 24,2; 24,9; 25,9; 27,6; 29,5; 31,6; 32,1; 32,9; 33,6; 34,7 мин. Среднее значение стойкости составило 29,70 мин.Resistance (T 2i ) for samples of 10 pieces of the second reference batch was: 24.2; 24.9; 25.9; 27.6; 29.5; 31.6; 32.1; 32.9; 33.6; 34.7 minutes The average resistance value was 29.70 min.
После испытания на износостойкость одна из поверхностей (посадочная) твердосплавных режущих пластин подвергалась шлифованию, полированию, очистке и травлению. Оптимальная шероховатость подготавливаемой при полировании поверхности составляет Ra=0,040-0,020 мкм. Затем поверхность и приповерхностная область карбидных зерен у подготовленных режущих пластин подвергалась измерению на нанотвердость и определению необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора. Подготовленные таким образом твердосплавные пластины устанавливают в рабочую зону нанотвердомера и осуществляют измерение нанотвердости при нагрузке 100 мН (10 г) с последующим определением необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора. Необратимую пластическую глубину внедрения наноиндентора определяли на основании обработки численного массива данных о процессе измерения нанотвердости с помощью специальной компьютерной программы.After a wear test, one of the surfaces (landing) of carbide cutting inserts was subjected to grinding, polishing, cleaning and etching. The optimal roughness of the surface prepared during polishing is Ra = 0.040-0.020 microns. Then, the surface and the near-surface region of carbide grains of the prepared cutting inserts were measured for nanosolidity and irreversible — the plastic penetration depth of the nanoindenter — was determined. The carbide inserts thus prepared are installed in the working area of the nanosolid tester and nanoscale hardness is measured at a load of 100 mN (10 g), followed by the determination of the irreversible plastic depth of penetration of the nanoindenter. The irreversible plastic penetration depth of the nanoindenter was determined on the basis of processing a numerical data array on the process of measuring nanohardness using a special computer program.
У каждой твердосплавной режущей пластины нанотестированию по определению необратимой - пластической глубины подвергались карбидные зерна в количестве 20 штук. Расстояние между объектами контроля выдерживалось не менее 100 мкм. В итоге контролю подвергалась поверхность, равная по площади примерно 2,0-4,0 мм2.According to the definition of irreversible plastic depth, 20 carbide grains were subjected to nanotesting for each carbide cutting insert. The distance between the objects of control was maintained at least 100 microns. As a result, the control was subjected to a surface equal in area to about 2.0-4.0 mm 2 .
Для первой партии режущих пластин получили следующие средние из 20 измерений данные по величине необратимой - пластической глубине внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидных зерен твердых сплавов, принадлежащих режущим пластинам, в порядке, соответственно, с их ранее полученной при испытаниях износостойкостью: 244; 248; 260; 274; 284; 288; 296; 312; 340; 352 (нм). Среднее значение величины необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна - h1i составило: 289,8 (нм).For the first batch of cutting inserts, the following average of 20 measurements were obtained on the value of the irreversible value — the plastic depth of penetration of the nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grains of hard alloys belonging to the cutting inserts, in the order, respectively, with their previously obtained wear resistance tests: 244; 248; 260; 274; 284; 288; 296; 312; 340; 352 (nm). The average value of the value of the irreversible plastic depth of penetration of a nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain - h 1 i was: 289.8 (nm).
Для второй партии режущих пластин получили следующие данные по параметру h2i (величине глубины внедрения наноиндентора) для режущих пластин, в порядке, соответственно также, с их ранее полученной при испытаниях износостойкостью: 248; 250; 261; 278; 304; 320; 326; 342; 348; 354 (нм). Среднее значение величины необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна - h1i составило: 303,1 (нм).For the second batch of cutting inserts, the following data were obtained on the parameter h 2 i (the value of the penetration depth of the nanoindenter) for the cutting inserts, in the order, respectively, also with their previously obtained during the wear resistance tests: 248; 250; 261; 278; 304; 320; 326; 342; 348; 354 (nm). The average value of the value of the irreversible plastic depth of penetration of a nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain - h 1 i was: 303.1 (nm).
В соответствии с вышеприведенными формулами определяют aэ и bэ.In accordance with the above formulas, a e and b e are determined.
aэ=0,088; bэ=3,036.a e = 0.088; b e = 3.036.
На основании полученных ранее результатов по определению износостойкости твердосплавных режущих пластин (Тмин) и значений величины необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна строится график зависимости «износостойкость - Ti (мин) - необратимая - ластическая величина глубины внедрения наноиндентора hпi (нм)»Based on the results obtained earlier on determining the wear resistance of carbide cutting inserts (T min ) and the values of the irreversible value - the plastic depth of penetration of the nanoindenter into the surface and the near-surface region of carbide grain, a graph of the dependence "wear resistance - Ti (min) - irreversible - elastic value of the penetration depth of nanoindenter h pi (nm) "
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 величины необратимого - пластического внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна. 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 необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна.In FIG. Figure 1 shows the dependence of the wear resistance of cutting inserts from VK8 of applicability group K, respectively, for samples 1 and 2 during their processing of austenitic chromium-nickel steel 12X18H10T on the value of irreversible plastic insertion of a nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain. To predict the wear resistance of carbide cutting inserts in the subsequent current (manufactured or obtained) and intended for consumption batch of tool samples, only the value of the irreversible is tested - the plastic depth of penetration of the nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain.
Так, например, при прогнозировании износостойкости у очередной партии твердосплавных режущих пластин группы применяемости К с помощью нанотвердомера Nano - Hardness Tester фирмы CSEM. были получены следующие значения необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна: 250; 254; 260; 280; 300; 322; 328; 340; 350; 354 (нм). Среднее значение из полученных данных составило 303,8 (нм). В соответствии с вышеприведенными формулами, а также на основании aэ=0,088 и bэ=3,036, определяют Тпт=29,77 мин.So, for example, when predicting the wear resistance of the next batch of carbide cutting inserts of the applicability group K using a Nano hardness tester CSEM. the following irreversible values were obtained — the plastic depth of the penetration of the nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain: 250; 254; 260; 280; 300; 322; 328; 340; 350; 354 (nm). The average value from the obtained data was 303.8 (nm). In accordance with the above formulas, as well as on the basis of a e = 0.088 and b e = 3.036, determine T Fri = 29.77 minutes
Таким образом, прогнозируемая средняя износостойкость у текущей партии твердосплавных режущих пластин составила 29,77 мин. Контрольные испытания износостойкости в процессе резания на металлорежущем станке показали следующие результаты по износостойкости: 26,2; 26,9; 27,4; 29,2; 29,8; 31,8; 32,5; 32,9; 33,8; 35,6 мин. Среднее значение составило 30,61 мин.Thus, the predicted average wear resistance of the current batch of carbide inserts was 29.77 minutes. Control tests of wear resistance during cutting on a metal cutting machine showed the following wear resistance results: 26.2; 26.9; 27.4; 29.2; 29.8; 31.8; 32.5; 32.9; 33.8; 35.6 minutes The average value was 30.61 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 пластическими свойствами поверхности и приповерхностной области карбидных зерен, отражающими их способность формировать развитый поверхностный рельеф, адсорбировать кислород и производить на поверхности диссипативные оксидные структуры и износостойкостью твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К при резании ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. Степень корреляционной связи между необратимой - пластической величиной глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна и износостойкостью твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов 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 plastic properties of the surface and the surface region of carbide grains, reflecting their ability to form a developed surface relief, adsorb oxygen and produce dissipative oxide structures on the surface and the wear resistance of carbide cutting tools of applicability group K when cutting materials that cause intense adhesive wear . The degree of correlation between the irreversible - plastic value of the depth of penetration of the nanoindenter into the surface and the near-surface region of carbide grain and the wear resistance of the carbide group of applicability of K cutting tools 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, as well as as a result of control experimental studies of wear resistance, performed in the process of cutting chromium-nickel steel of the austenitic class, it was found that the results obtained in accordance with the prototype differ from control tests on 15-20%, while the results obtained by the proposed method differ by only 5-10%.
Таким образом, предлагаемый способ контроля - прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов может быть использован с достаточно высокой экономической эффективностью на предприятиях, изготавливающих или потребляющих твердосплавную продукцию.Thus, the proposed control method - predicting the wear resistance of carbide cutting tools can be used with sufficiently high economic efficiency in enterprises manufacturing or consuming carbide products.
Claims (1)
где aЭ и bЭ - постоянные коэффициенты:
из них:
ТПТ - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов, подвергшихся испытаниям, из прогнозируемой текущей партии твердосплавной продукции;
hПТ - 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;
hэ1 и hэ2 - 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 необратимой - пластической глубины внедрения наноиндентора в поверхность и приповерхностную область карбидного зерна, 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 - the current wear resistance in minutes for carbide cutting tools that have been tested, from the projected current batch of carbide products;
h PT - 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;
he 1 and he 2 are the average values of the values of the selected initial parameter obtained by monitoring the surface and surface structures for two samples of carbide cutting tools samples from the reference batch of products, characterized in that, in order to improve the accuracy of predicting wear resistance, use the value of the irreversible - plastic depth of penetration of the nanoindenter into the surface and near-surface region of carbide grain, with an increase in which the wear resistance of carbide grains Cushioning tools group applicability K is increasing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014132538/28A RU2569920C1 (en) | 2014-08-06 | 2014-08-06 | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014132538/28A RU2569920C1 (en) | 2014-08-06 | 2014-08-06 | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2569920C1 true RU2569920C1 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=54846333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014132538/28A RU2569920C1 (en) | 2014-08-06 | 2014-08-06 | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2569920C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109443969A (en) * | 2018-10-25 | 2019-03-08 | 西南交通大学 | One kind being used for shield cutter cutter wear characteristic test and experiment device and method |
| RU2698481C1 (en) * | 2018-12-03 | 2019-08-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
| RU2755280C1 (en) * | 2021-01-12 | 2021-09-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | Method for studying characteristics of the process of cutting anisotropic materials |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1225438A1 (en) * | 2001-01-15 | 2002-07-24 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | Method of and apparatus for measuring and evaluating material strength by detecting charged particles |
| RU2356699C1 (en) * | 2007-11-19 | 2009-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Prediction method of wear resistance of hard-alloy cutting tool |
| 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 |
| RU2518238C2 (en) * | 2012-09-20 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide tool durability |
-
2014
- 2014-08-06 RU RU2014132538/28A patent/RU2569920C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1225438A1 (en) * | 2001-01-15 | 2002-07-24 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology | Method of and apparatus for measuring and evaluating material strength by detecting charged particles |
| RU2356699C1 (en) * | 2007-11-19 | 2009-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Prediction method of wear resistance of hard-alloy cutting tool |
| 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 |
| RU2518238C2 (en) * | 2012-09-20 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide tool durability |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109443969A (en) * | 2018-10-25 | 2019-03-08 | 西南交通大学 | One kind being used for shield cutter cutter wear characteristic test and experiment device and method |
| CN109443969B (en) * | 2018-10-25 | 2023-09-22 | 西南交通大学 | Device and method for testing abrasion characteristics of cutter of shield cutter head |
| RU2698481C1 (en) * | 2018-12-03 | 2019-08-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
| RU2755280C1 (en) * | 2021-01-12 | 2021-09-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | Method for studying characteristics of the process of cutting anisotropic materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Öztürk et al. | Modeling and optimization of machining parameters during grinding of flat glass using response surface methodology and probabilistic uncertainty analysis based on Monte Carlo simulation | |
| Zhou et al. | Effects of tool wear on subsurface deformation of nickel-based superalloy | |
| Sarnobat et al. | Experimental investigation and analysis of the influence of tool edge geometry and work piece hardness on surface residual stresses, surface roughness and work-hardening in hard turning of AISI D2 steel | |
| Vettivel et al. | Electrical resistivity, wear map and modeling of extruded tungsten reinforced copper composite | |
| Chamanfar et al. | Microstructure and mechanical properties of surface and subsurface layers in broached and shot-peened Inconel-718 gas turbine disc fir-trees | |
| Harris et al. | Development of high temperature nanoindentation methodology and its application in the nanoindentation of polycrystalline tungsten in vacuum to 950 C | |
| RU2569920C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2370750C1 (en) | Method of forecasting wear resistance of cemented-carbide cutting tool | |
| RU2358838C1 (en) | Method of forecasting cemented-carbide tool wear resistance | |
| Barényi et al. | Material and technological investigation of machined surfaces of the OCHN3MFA steel | |
| Zhang et al. | High cycle fatigue behaviour of Invar 36 alloy fabricated by laser powder bed fusion | |
| RU2422800C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2459193C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2365899C1 (en) | Method of forecasting of wear resistance of carbide cutting tools | |
| RU2422801C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2356699C1 (en) | Prediction method of wear resistance of hard-alloy cutting tool | |
| Bibik | Forecasting of hard-alloyed cutting tool resistance based on thermal diffusivity | |
| RU2570340C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2494839C1 (en) | Method of accelerated determination of optimum cutting speed | |
| Čapek et al. | Surface integrity after turning a duplex stainless steel with respect to tool geometry | |
| RU2534730C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2315972C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2251095C1 (en) | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2573451C1 (en) | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance | |
| RU2570367C1 (en) | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance |