RU2584275C1 - Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools - Google Patents

Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools Download PDF

Info

Publication number
RU2584275C1
RU2584275C1 RU2015107069/28A RU2015107069A RU2584275C1 RU 2584275 C1 RU2584275 C1 RU 2584275C1 RU 2015107069/28 A RU2015107069/28 A RU 2015107069/28A RU 2015107069 A RU2015107069 A RU 2015107069A RU 2584275 C1 RU2584275 C1 RU 2584275C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbide
cutting tools
wear resistance
hydrogen
carbide cutting
Prior art date
Application number
RU2015107069/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Нестеренко
Андрей Борисович Ефременков
Алексей Александрович Моховиков
Рауза Хамидовна Губайдулина
Алексей Алексеевич Кондратюк
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2015107069/28A priority Critical patent/RU2584275C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2584275C1 publication Critical patent/RU2584275C1/en

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metal forming and can be used for forecasting and control over carbide tool durability in production, application or certification. Testing is performed on change of initial parameter from properties of structure made during carbide tool manufacture. Reference wear resistance tests during cutting of materials that exhibit intense adhesion wear at optimal or close to optimal cutting speed, constructing reference-correlation relationship “initial parameter - wear resistance”. Statistical control is performed only input parameter value for current batch of carbide cutting tools, forecast of wear resistance for current batch of carbide cutting tools based on dependence. Initial parameter is value of concentration of hydrogen contained in oxide mass produced during oxidation of hard alloy cutting tools, reducing wear resistance of hard alloy cutting tools of applicability group K increases.
EFFECT: technical result is improved accuracy and reduced labour input when predicting wear resistance of hard alloy cutting tools.
3 cl, 1 dwg

Description

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

Известен способ определения износостойкости твердых сплавов, заключающийся в том, что испытуемый материал помещают в переменное магнитное поле с напряженностью порядка 5 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 деформационное состояние. При этом совершенно не учитываются другие свойства поверхности и объема твердого сплава, в том числе, когезионное и адгезионное состояние на границах фаз и в объеме компонентов твердого сплава и т.д. Вследствие рассмотренных причин этот способ отличается низкой точностью при оценке износостойкости твердых сплавов.One of the disadvantages of this method is that the measurement does not take into account the influence of the mass and demagnetizing factor of products, which often have different shapes and dimensions on the value of magnetic permeability, which reduces the accuracy of the measurements. In addition, the operational characteristic - wear resistance is controlled by this method by assessing the physical condition using relative magnetic permeability in only one of the components of the hard alloy - cobalt bond. This is because tungsten carbide is a paramagnet and its contribution from magnetization to the total relative magnetic permeability is small. Therefore, using this method, essentially, the relative magnetic permeability of cobalt, its quantity and deformation state are evaluated. Moreover, other properties of the surface and volume of the hard alloy are not taken into account at all, including the cohesive and adhesive state at the phase boundaries and in the volume of the components of the hard alloy, etc. Due to the reasons considered, this method is characterized by low accuracy in assessing the wear resistance of hard alloys.

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

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

Figure 00000001
Figure 00000001

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

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

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

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

Задачей предлагаемого способа прогнозирования износостойкости твердосплавных вольфрам - кобальтовых (группа К) режущих инструментов является повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование основано на тесной корреляционной зависимости между износостойкостью и концентрацией водорода, содержащегося в оксидной структуре твердого сплава, сформированной при окислении твердосплавных режущих инструментов в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха при температуре нагрева, соответствующей оптимальной температуре резания данным инструментальным материалом. С уменьшением концентрации водорода в оксидной структуре твердых сплавах 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 for predicting the wear resistance of carbide tungsten - cobalt (group K) cutting tools is to increase accuracy and reduce the complexity in predicting the wear resistance of carbide cutting tools. Prediction is based on a close correlation between the wear resistance and the concentration of hydrogen contained in the oxide structure of the hard alloy formed during the oxidation of carbide cutting tools in an electric furnace with open access to atmospheric air at a heating temperature corresponding to the optimum cutting temperature with this tool material. With a decrease in the hydrogen concentration in the oxide structure of hard alloys of the 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 группы применяемости К в предлагаемом способе решается путем использования выбранного исходного параметра и включает: проведение эталонных испытаний режущих инструментов на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, при оптимальной или близкой к ней скорости резания, окисление испытанных режущих инструментов при температуре, соответствующей средней от действующих в зонах контакта, проверку полиоксидных образцов на изменение величины исходного параметра, построение эталонной - корреляционной зависимости «износостойкость - исходный параметр», статистический контроль только величины исходного параметра у твердосплавных режущих инструментов, прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов на основании зависимости:The task when predicting the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K in the proposed method is solved by using the selected initial parameter and includes: conducting benchmark tests of cutting tools for wear resistance in the process of cutting materials that cause intense adhesive wear, at an optimum or close cutting speed, oxidation tested cutting tools at a temperature corresponding to the average of operating in the contact zones, check lioksidnyh samples on the change in the initial parameter, the construction of the reference - correlation "wear - original parameter" statistical control only parameter values starting from the carbide cutting tools, wear forecast for the current batch of carbide tools on the basis of the relationship:

Figure 00000002
Figure 00000002

где аЭ и bЭ - постоянные коэффициенты:where a E and b E are constant coefficients:

Figure 00000003
Figure 00000003

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;

ωПТ - текущее значение выбранного исходного параметра, полученное при контроле оксидной массы, сформированной на поверхности твердосплавных режущих инструментов при их окислении из текущей контролируемой партии твердосплавной продукции;ω PT - the current value of the selected initial parameter obtained by monitoring the oxide mass formed on the surface of carbide cutting tools during their oxidation from the current controlled batch of carbide products;

T Э 1

Figure 00000004
и T Э 2
Figure 00000005
- износостойкость в минутах для двух независимых выборок твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции; T E one
Figure 00000004
and T E 2
Figure 00000005
- wear resistance in minutes for two independent samples of carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;

ω Э 1

Figure 00000006
и ω Э 2
Figure 00000007
- средние значения величин выбранного исходного параметра, полученные при контроле оксидной массы, сформированной на поверхности твердосплавных режущих инструментов при их окислении, для двух выборок образцов из эталонной партии продукции, отличающийся тем, что с целью повышения точности прогнозирования износостойкости в качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося в оксидной массе, полученной при окислении твердосплавных режущих инструментов, с уменьшением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К возрастает. ω E one
Figure 00000006
and ω E 2
Figure 00000007
- average values of the values of the selected initial parameter obtained by monitoring the oxide mass formed on the surface of carbide cutting tools during their oxidation for two samples of samples from the reference batch of products, characterized in that in order to increase the accuracy of predicting wear resistance, the concentration value is used as the initial parameter hydrogen contained in the oxide mass obtained by the oxidation of carbide cutting tools, with a decrease in which the hardness wear resistance longwall cutting tools Group applicability to the increases.

Способ отличается также тем, что в качестве твердосплавных режущих инструментов используют твердосплавные режущие пластины.The method also differs in that carbide cutting inserts are used as carbide cutting tools.

Способ отличается также тем, что в качестве твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии используют твердосплавные режущие инструменты из предыдущей партии приобретенной продукции.The method also differs in that carbide cutting tools from a previous batch of purchased products are used as carbide cutting tools from a reference batch.

Внутренняя структура твердосплавного режущего инструмента группы применяемости К, формирующаяся в процессе изготовления твердого сплава, оказывает большое влияние на его износостойкость. Одной из важнейших характеристик внутренней структуры, определяющей важнейшие физико-механические и эксплуатационные свойства твердосплавных режущих инструментов данной группы, является ее способность взаимодействовать с кислородом. Кислород может оказывать благоприятное влияние как на формирование самой структуры твердого сплава, так и на процессы, развивающиеся затем в зонах взаимодействия инструментального и обрабатываемого материалов в процессе эксплуатации режущего инструмента. Накопление кислорода во внутренней структуре твердых сплавов может происходить на различных стадиях изготовления как самого твердого сплава, так и отдельных его компонентов. На поверхности порошковых частиц - исходных компонентов твердых сплавов: карбида вольфрама и кобальта в процессе их изготовления формируются тонкие оксидные пленки, которые затем, на этапе спекания, являются экраном против проникновения во внутреннюю структуру указанных компонентов других элементов и, в частности, водорода. Вместе с тем основные операции, связанные с изготовлением непосредственно твердых сплавов (например, спекание) и его компонентов происходит в водородосодержащей среде и, соответственно, влияние водорода на формирование структуры композита в целом является существенным.The internal 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 internal structure that determines the most important physical, mechanical and operational properties of carbide cutting tools of this group is its ability to interact with oxygen. Oxygen can have a beneficial effect both on the formation of the structure of the hard alloy, and on the processes that then develop in the zones of interaction of the tool and the processed materials during the operation of the cutting tool. The accumulation of oxygen in the internal structure of hard alloys can occur at various stages of the manufacture of both the hard alloy itself and its individual components. On the surface of powder particles - the initial components of hard alloys: tungsten carbide and cobalt during their manufacture, thin oxide films are formed, which then, at the sintering stage, are a screen against the penetration of the indicated components of other elements and, in particular, hydrogen. At the same time, the main operations associated with the manufacture of directly hard alloys (for example, sintering) and its components occur in a hydrogen-containing medium and, accordingly, the effect of hydrogen on the formation of the composite structure as a whole is significant.

Спекание твердых сплавов производится при достаточно высоких температурах. Водород, с одной стороны, через систему различных пор, проникая в глубинные области твердых сплавов группы применяемости К, растворяет и удаляет примесную кислородосодержащую среду в виде водяных паров, а с другой стороны, участвует в образовании твердых растворов, карбогидридных, оксикарбогидридных, карбонитрогидридных и иных соединений. Удаление кислородосодержащей среды водородом из композита и образование различных водородосодержащих соединений снижает эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К, при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. Поверхностные и объемные оксигидридные и гидридные тонкие пленки и структуры состава твердых сплавов обладают высокой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью. Вследствие этого они, в отличие от оксидных соединений, не обеспечивают достаточно надежного экранирования межмолекулярного взаимодействия в зонах контакта инструментального и обрабатываемого материалов. Кроме того, кристаллографическое строение данных соединений не содержит плоскостей с плотной упаковкой атомов - плоскостей легкого скольжения, как, например, у оксидов. Последнее обстоятельство исключает выполнение ими функции твердой смазки при низкой и оптимальной температуре эксплуатации твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов. Эксплуатация данных режущих инструментов при более высоких температурах приводит к повышенному их износу. В связи с этим, с одной стороны, кислород и кислородосодержащая среда в процессе эксплуатации твердосплавных режущих инструментов диффундирует в зоны контакты и совместно с кислородом окружающей газовой среды участвует в формировании диссипативных структур, предохраняющих рабочие грани от износа. С другой стороны, аккумулированный твердосплавной структурой свободный водород и водород в форме различных гидридных соединений снижает активность окислительной среды и препятствует образованию диссипативных структур, предохраняющих контактные поверхности от адгезионного износа. Из представленного следует, что эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, будут увеличиваться с уменьшением в структуре твердого сплава водорода или его соединений.Hard alloys are sintered at sufficiently high temperatures. Hydrogen, on the one hand, through a system of different pores, penetrating into the deep regions of hard alloys of the applicability group K, dissolves and removes an impurity oxygen-containing medium in the form of water vapor, and on the other hand, participates in the formation of solid solutions, carbohydride, hydroxyhydrohydride, carbonitrohydride and other compounds. Removing the oxygen-containing medium with hydrogen from the composite and the formation of various hydrogen-containing compounds reduces the performance of carbide cutting tools of applicability group K when they process materials that cause intense adhesive wear. Surface and bulk oxyhydride and hydride thin films and solid alloy composition structures have high thermal conductivity and low dielectric constant. Because of this, they, unlike oxide compounds, do not provide sufficiently reliable shielding of intermolecular interaction in the contact zones of the tool and the processed material. In addition, the crystallographic structure of these compounds does not contain planes with a dense packing of atoms — planes of easy slip, as, for example, for oxides. The latter circumstance excludes the fulfillment of the function of solid lubricant by them at a low and optimal operating temperature of carbide group of applicability K of cutting tools. Operation of these cutting tools at higher temperatures leads to increased wear. In this regard, on the one hand, oxygen and an oxygen-containing medium during operation of carbide cutting tools diffuse into the contact zones and, together with the oxygen in the surrounding gas medium, participate in the formation of dissipative structures that protect the working faces from wear. On the other hand, free hydrogen and hydrogen in the form of various hydride compounds accumulated by the carbide structure reduces the activity of the oxidizing medium and prevents the formation of dissipative structures that protect contact surfaces from adhesive wear. From the presented it follows that the operational characteristics of carbide cutting tools of the applicability group K when they process materials that cause intense adhesive wear will increase with a decrease in the structure of the hard alloy of hydrogen or its compounds.

Как правило, водород, в глубинных слоях твердосплавной структуры находится в различной агрегатной форме: в свободном состоянии, в состоянии слабого взаимодействия с компонентами структуры и в состоянии сильного взаимодействия с компонентами структуры. Часть водорода, находящегося в свободном состоянии, при механическом активировании и нагревании твердосплавных контактных поверхностей режущих инструментов при их эксплуатации может подвергаться ионизации и вступать во взаимодействие с компонентами твердого сплава и газовыми элементами окружающей среды, а другая часть, наоборот, дессорбировать в окружающую атмосферу или диффундировать, например, в структуру обрабатываемого материала. Водород, находившийся изначально в форме и слабого и сильного взаимодействия с компонентами твердого сплава при механическом и термическом активировании контактных поверхностей твердосплавного режущего инструмента и объемной структуры в целом, принимает участие, наряду с примесями и элементами окружающей газовой атмосферы, в образовании различных гидридных, оксигидридных, оксикарбогидридных, оксинитрогидридных и иных объемных и поверхностных соединений. Указанные водородосодержащие соединения, находящиеся как во внутренней структуре твердого сплава, так и в зонах контактного взаимодействия, оказывают большое влияние на эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К и, в первую очередь, на их износостойкость. С увеличением изначальной концентрации водорода в структуре твердого сплава, полученной в процессе его спекания, концентрация водородосодержащих соединений, формирующихся в межконтактной зоне при эксплуатации твердосплавных режущих инструментов увеличивается.As a rule, hydrogen, in the deep layers of the carbide structure, is in a different aggregate form: in a free state, in a state of weak interaction with components of the structure, and in a state of strong interaction with components of the structure. A part of the hydrogen in a free state, during mechanical activation and heating of the carbide contact surfaces of cutting tools during their operation, can undergo ionization and interact with the components of the hard alloy and gas elements of the environment, and the other part, on the contrary, desorb to the surrounding atmosphere or diffuse , for example, in the structure of the processed material. Hydrogen, which was initially in the form of both weak and strong interaction with the components of the hard alloy during mechanical and thermal activation of the contact surfaces of the carbide cutting tool and the bulk structure as a whole, takes part, along with impurities and elements of the surrounding gas atmosphere, in the formation of various hydride, oxyhydride, oxycarbohydride, oxy nitrohydride and other bulk and surface compounds. These hydrogen-containing compounds, both in the internal structure of the hard alloy and in the zones of contact interaction, have a great influence on the performance of carbide cutting tools of applicability group K and, first of all, on their wear resistance. With an increase in the initial concentration of hydrogen in the structure of the hard alloy obtained during sintering, the concentration of hydrogen-containing compounds formed in the contact zone during the operation of carbide cutting tools increases.

Наиболее благоприятные условия, для сохранения высоких эксплуатационных показателей режущих инструментов в течение длительного их функционирования, существуют при постоянном разрушении и последующем образовании в зонах контакта на поверхностях режущего клина оксидных пленок и структур с развитым внутренним строением. Такие оксидные образования могут возникать при наиболее высокой степени окисления компонентов структуры твердых сплавов и их примесей. Оксидные образования в данном случае имеют низкую электропроводность, тангенс угла диэлектрических потерь и теплопроводность. Они эффективным образом экранируют межмолекулярное взаимодействие и являются хорошей твердой смазкой. Износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К в процессе обработки материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, при этом достигает наибольших показателей. Это объясняется в первую очередь наличием высоких значений относительной диэлектрической проницаемости у поверхностных оксидных образований и наличием в кристаллографическом строении данных структур большого количества плоскостей, относительный сдвиг которых, происходит при достаточно низких контактных напряжениях, что является важным для создания смазочного эффекта между скользящими поверхностями. Присутствие в области между передней поверхностью режущего клина и стружкой, а также между задней его поверхностью и обрабатываемой поверхностью материала оксидных структур, с наличием в составе водорода, существенным образом снижает их эффективность и как экрана против межмолекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей, и как материала, выполняющего роль твердой смазки. Это происходит в результате увеличения у формирующейся межконтактной оксигидридной структуры электропроводности, тангенса угла диэлектрических потерь, теплопроводности и, как следствие, снижение ее относительной диэлектрической проницаемости, от которой зависит уровень межмолекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей при интенсивном адгезионном взаимодействии твердосплавного режущего инструмента и обрабатываемого материалов. При встраивании водорода в кристаллическую решетку межконтактной оксидной структуры, в первую очередь, снижается ее плотность и легкость в относительном скольжении кристаллографических плоскостей. Вследствие этого, смазочные характеристики, данного, содержащего водород соединения, на основе оксидов, снижаются. Таким образом, водород, содержащийся в структуре твердого сплава, препятствует образованию в зонах контакта эффективных диссипативных оксидных структур или значительным образом ухудшает их способность экранировать межмолекулярное взаимодействие контактирующих поверхностей и выполнять смазочные функции в зонах контакта. В итоге износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, снижается.The most favorable conditions for maintaining high operational performance of cutting tools during their long-term functioning exist with constant destruction and subsequent formation of oxide films and structures with a developed internal structure in the contact zones on the surfaces of the cutting wedge. Such oxide formations can occur at the highest oxidation state of the components of the structure of hard alloys and their impurities. In this case, oxide formations have low electrical conductivity, dielectric loss tangent, and thermal conductivity. They effectively screen intermolecular interaction and are a good solid lubricant. The wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K in the process of processing materials that cause intense adhesive wear, while achieving the highest performance. This is primarily due to the presence of high relative permittivities of the surface oxide formations and the presence in the crystallographic structure of these structures of a large number of planes, the relative shift of which occurs at sufficiently low contact stresses, which is important for creating a lubricating effect between sliding surfaces. The presence in the region between the front surface of the cutting wedge and the chips, as well as between its rear surface and the treated surface of the material of oxide structures, with the presence of hydrogen, significantly reduces their effectiveness both as a screen against intermolecular interaction of the contacting surfaces, and as a material that plays the role of solid lubricant. This occurs as a result of an increase in the emerging intercontact oxyhydride structure of electrical conductivity, the dielectric loss tangent, thermal conductivity and, as a result, a decrease in its relative dielectric constant, which determines the level of intermolecular interaction of the contacting surfaces during intensive adhesive interaction of the carbide cutting tool and the processed materials. When hydrogen is embedded in the crystal lattice of an intercontact oxide structure, first of all, its density and lightness in the relative slip of crystallographic planes decreases. As a result of this, the lubricating characteristics of this oxide-containing hydrogen-containing compound are reduced. Thus, the hydrogen contained in the structure of the hard alloy prevents the formation of effective dissipative oxide structures in the contact zones or significantly impairs their ability to shield the intermolecular interaction of the contacting surfaces and perform lubricating functions in the contact zones. As a result, the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K when they process materials that cause intense adhesive wear is reduced.

На процесс насыщения структуры твердых сплавов водородом, при их спекании, оказывают влияние множество факторов.The process of saturation of the structure of hard alloys with hydrogen during sintering is influenced by many factors.

Наиболее дисперсные фракции, компонентов твердофазной композиции, в большей степени адсорбируют водород и с большей вероятностью образуют с ним различные, по силе связи, соединения.The most dispersed fractions, components of the solid-phase composition, adsorb hydrogen to a greater extent and are more likely to form compounds with different strengths of bond.

Большое влияние на аккумулирование водорода структурой твердого сплава оказывают примеси. Одна часть примесей, входящих в состав компонентов, способствует адсорбции водорода и его накоплению в структуре. Другая часть препятствует накоплению водорода в составе компонентов. Значительное количество адсорбируемого водорода располагается в наноразмерных порах, которые формируются в компонентах твердосплавной композиции при испарении легкоплавких элементов. С увеличением в составе твердого сплава мелкодисперсного графита, находящегося в свободном состоянии, аккумулирующие свойства твердосплавной композиции по отношению к водороду также возрастают. При этом значительная концентрация водорода адсорбируется и хранится в пористой системе графита. Причем наиболее эффективными для адсорбции и размещения водорода в структуре всех компонентов твердого сплава и граничной области являются поры наноразмерной величины. Такая пористая система формируется при испарении легкоплавких как металлических, так и неметаллических элементов и соединений. Электронная плотность структуры компонентов твердого сплава при этом снижается, а ее акцепторные свойства возрастают. Последнее обстоятельство является существенным стимулом для адсорбции пористой поверхностью и карбида вольфрама и кобальта газовых элементов и, в первую очередь, с незначительным атомным весом, каким и является водород. Движущей силой процесса адсорбции молекул водорода внутренней поверхностью поры является электрическое поле, создаваемое на этапах формирования пористой системы и, в частности, при испарении и сублимации собственных атомов и кластеров, а также при испарении и сублимации примесных элементов и соединений, входящих в состав компонентов твердых сплавов.Impurities have a large effect on the accumulation of hydrogen by the structure of the hard alloy. One part of the impurities that make up the components contributes to the adsorption of hydrogen and its accumulation in the structure. The other part prevents the accumulation of hydrogen in the composition of the components. A significant amount of adsorbed hydrogen is located in nanoscale pores, which are formed in the components of the carbide composition upon evaporation of low-melting elements. With an increase in the composition of the solid alloy of finely dispersed graphite in a free state, the storage properties of the carbide composition with respect to hydrogen also increase. In this case, a significant concentration of hydrogen is adsorbed and stored in the porous graphite system. Moreover, the pores of nanosized size are the most effective for adsorption and placement of hydrogen in the structure of all components of the hard alloy and the boundary region. Such a porous system is formed by the evaporation of low-melting both metallic and non-metallic elements and compounds. In this case, the electron density of the structure of the components of the hard alloy decreases, and its acceptor properties increase. The latter circumstance is a significant incentive for the adsorption by a porous surface of both tungsten carbide and cobalt of gas elements and, first of all, with an insignificant atomic weight, which is hydrogen. The driving force of the process of adsorption of hydrogen molecules by the inner surface of the pore is the electric field created at the stages of the formation of the porous system and, in particular, during the evaporation and sublimation of its own atoms and clusters, as well as during the evaporation and sublimation of impurity elements and compounds that make up the components of hard alloys .

Немаловажное влияние на процессы формирования пористой системы в компонентах твердых сплавов оказывают непосредственно и само явление адсорбции и десорбции газовых элементов, и в частности водорода. Это происходит в том случае, когда формирование пористой системы при спекании осуществляется за счет преобладания в составе компонентов тех или иных примесей или наличия определенного структурного состояния в системе, сопровождаемого периодическим испарением и последующей конденсацией. При этом может происходить формирование пористой системы как с прогрессирующим характером ее развития, так и наоборот, когда развитие пористой системы в процессе спекания будет затухать. В первом случае процесс накопления водорода в компонентах твердого сплава будет непрерывно возрастать, а во втором случае будет непрерывно снижаться.The phenomenon of adsorption and desorption of gas elements, in particular hydrogen, directly affects the processes of formation of a porous system in the components of hard alloys. This occurs when the formation of a porous system during sintering is carried out due to the predominance of certain impurities in the composition of the components or the presence of a certain structural state in the system, accompanied by periodic evaporation and subsequent condensation. In this case, the formation of the porous system can occur both with the progressive nature of its development, and vice versa, when the development of the porous system during the sintering process damps. In the first case, the process of hydrogen accumulation in the components of the hard alloy will continuously increase, and in the second case it will continuously decrease.

Успешное функционирование твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К при обработке материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, должно сопровождаться непрерывным образованием и непрерывным последующим разрушением на контактных поверхностях режущего клина тонких оксидных структур. При этом, в результате реакций окисления основной - карбидной компоненты твердосплавной композиции образуются, в том числе, побочные продукты: окись и двуокись углерода. При ограниченном доступе в зоны контакта окислительной среды концентрация окиси и двуокиси углерода может сравняться. В данной ситуации поступление, за счет диффузии, из глубинных слоев твердого сплава в межконтактное пространство дополнительно и водорода может привести к смещению термодинамического равновесия между процессами окисления и восстановления контактных поверхностей режущего клина в сторону процессов восстановления. При доминировании процессов восстановления в зонах контакта образование оксидных структур прекратиться. Это приведет к активизации адгезионных явлений в зонах контакта и развитию микросварочных процессов между инструментальным и обрабатываемым материалами.The successful functioning of carbide cutting tools of the applicability group K in the processing of materials that cause intense adhesive wear should be accompanied by continuous formation and continuous subsequent destruction of thin oxide structures on the contact surfaces of the cutting wedge. Moreover, as a result of oxidation reactions of the main carbide component of the carbide composition, by-products are formed, including by-products: carbon monoxide and carbon dioxide. With limited access to the contact zone of the oxidizing medium, the concentration of carbon monoxide and carbon dioxide may be equal. In this situation, the addition of hydrogen from the deep layers of the hard alloy to the contact space due to diffusion can also lead to a shift in the thermodynamic equilibrium between the oxidation and restoration of the contact surfaces of the cutting wedge towards recovery processes. When the reduction processes dominate in the contact zones, the formation of oxide structures ceases. This will lead to the activation of adhesive phenomena in the contact zones and the development of microwelding processes between tool and processed materials.

С увеличением количества поступающего водорода из структуры твердого сплава в зоны контакта прочность образующихся микросварочных швов будет непрерывно возрастать. С одной стороны, в данном случае микросварочные процессы, за счет межмолекулярного взаимодействия, все больше и больше будут осуществляться в защитной водородной среде, гарантирующей высокое качество образующихся соединений. С другой стороны, неизбежное разрушение формирующихся микросварочных соединений за счет сил резания будет сопровождаться все более и более разрушительными последствиями для режущего клина - его поверхностей, приповерхностных слоев и объема в целом. Это будет происходить вследствие того, что с ростом количества водорода в зонах контакта и ростом прочности и качества непосредственно микросварочного шва - разрушение образовавшегося соединения будет осуществляться не по телу обрабатываемого материала, а по телу режущего инструмента. Последнее происходит вследствие того, что предел прочности на растяжение твердых сплавов значительно ниже предела прочности на растяжение класса обрабатываемых материалов, вызывающих при их резании интенсивный адгезионный износ и прежде всего - хромоникелевых сталей и сплавов.With an increase in the amount of incoming hydrogen from the structure of the hard alloy to the contact zone, the strength of the resulting microwelding will continuously increase. On the one hand, in this case, microwelding processes, due to intermolecular interaction, will more and more be carried out in a protective hydrogen medium, which guarantees high quality of the compounds formed. On the other hand, the inevitable destruction of the formed microwelding joints due to cutting forces will be accompanied by more and more destructive consequences for the cutting wedge - its surfaces, surface layers and the volume as a whole. This will occur due to the fact that with an increase in the amount of hydrogen in the contact zones and an increase in the strength and quality of the directly welded seam, the formation of the joint will not be destroyed by the body of the material being processed, but by the body of the cutting tool. The latter is due to the fact that the tensile strength of hard alloys is significantly lower than the tensile strength of the class of processed materials, which cause intense adhesion wear during cutting, especially chromium-nickel steels and alloys.

Интенсификация адгезионных явлений приводит к росту контактных напряжений. Происходит непропорциональное увеличение касательных напряжений по сравнению с нормальными напряжениями. Одновременно повышаются коэффициенты трения как на передней, так и на задней поверхностях режущего клина. Существенно возрастает температура в зоне стружкообразования. Последнее обстоятельство, в свою очередь, приводит к интенсификации адгезионных явлений, резко возрастает величина степени пластической деформации срезаемого слоя - усадки стружки. В итоге прогрессирующим образом нарастают микроразрушения контактных поверхностей, общий износ существенно интенсифицируется и может закончиться макроразрушением режущего клина.The intensification of adhesive phenomena leads to an increase in contact stresses. There is a disproportionate increase in shear stresses compared to normal stresses. At the same time, the friction coefficients on both the front and rear surfaces of the cutting wedge increase. The temperature in the area of chip formation increases significantly. The latter circumstance, in turn, leads to an intensification of adhesive phenomena, the magnitude of the degree of plastic deformation of the sheared layer — shrinkage of the chips — sharply increases. As a result, microfractures of the contact surfaces progressively increase, the overall wear intensifies significantly and can result in macrocracking of the cutting wedge.

Не весь водород, проникший в структуру твердых сплавов, в результате сорбционных процессов, оказывает негативное влияние на свойства его компонентов и межфазные границы. Водород, который при эксплуатации твердосплавных режущих инструментов не взаимодействует с компонентами твердого сплава и поступающим в зону контакта кислородом, а за счет десорбции, уходит в окружающую газовую атмосферу, не оказывает деструктивного влияния на рабочие характеристики. Негативное влияние на структуру твердого сплава и на контактные процессы оказывает только та активная часть адсорбированного структурой водорода, которая взаимодействует с компонентами твердого сплава с образованием, различных по силе, химических связей. Такие водородосодержащие соединения, находясь в зонах контакта, участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и препятствуют образованию оксидных пленочных структур и других оксидных образований. Данное обстоятельство существенным образом снижает качество диссипативных процессов в зонах контакта и приводит к снижению износостойкости твердосплавного режущего инструмента группы применяемости К при обработке материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ.Not all hydrogen that has penetrated the structure of hard alloys as a result of sorption processes has a negative effect on the properties of its components and interfacial boundaries. Hydrogen, which during the operation of carbide cutting tools does not interact with the components of the hard alloy and the oxygen entering the contact zone, but due to desorption, escapes into the surrounding gas atmosphere, does not have a destructive effect on performance. Only the active part of the hydrogen adsorbed by the structure that interacts with the components of the hard alloy with the formation of chemical bonds of various strengths has a negative effect on the structure of the hard alloy and on contact processes. Such hydrogen-containing compounds, being in contact zones, participate in redox reactions and prevent the formation of oxide film structures and other oxide formations. This circumstance significantly reduces the quality of dissipative processes in the contact zones and leads to a decrease in the wear resistance of the carbide cutting tool of the applicability group K in the processing of materials that cause intense adhesive wear.

Большое влияние на износостойкость режущих инструментов оказывают процессы образования, сублимации и последующей конденсации оксидов, принадлежащих компонентам твердого сплава и обрабатываемого материала. В результате конденсации газообразного оксидного вещества, происходящем в межконтактном пространстве, на контактных поверхностях как обрабатываемого, так и инструментального материалов, образуются тонкие оксидные пленки наноразмерной величины, которые экранируют межмолекулярное взаимодействие трущихся объектов, а при достаточном наслоении разрушаются и выполняю роль твердой смазки.A great influence on the wear resistance of cutting tools is exerted by the processes of formation, sublimation and subsequent condensation of oxides belonging to the components of the hard alloy and the material being processed. As a result of the condensation of a gaseous oxide substance occurring in the intercontact space, on the contact surfaces of both the processed and the tool materials, thin oxide films of nanosized size are formed, which shield the intermolecular interaction of the rubbing objects, and, if they are sufficiently layered, break down and play the role of a solid lubricant.

Аккумулированный структурой твердого сплава водород проникает в зоны контакта инструментального и обрабатываемого материалов и вступает во взаимодействие с их элементами. Образующиеся гидриды, оксигидриды и оксиды с примесным водородом оказывают большое влияние как на контактные процессы, так и на все основные эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов.Hydrogen accumulated by the structure of the hard alloy penetrates into the contact zones of the tool and the processed material and interacts with their elements. The resulting hydrides, oxyhydrides, and oxides with impurity hydrogen exert a great influence both on contact processes and on all the main operational characteristics of carbide cutting tools.

При взаимодействии водорода с формирующимися в зоне контакта оксидами, образуется достаточно большая концентрация комплексных соединений, у которых, в том числе, имеются и водородные связи. Водород, как правило, принимает активное участие в процессах восстановления и препятствует образованию высших оксидов. Формирующиеся оксидные и оксигидридные соединения при наличии в их составе водорода сильно изменяют свои термодинамические и кинетические свойства. Так, при поступлении в межконтактное пространство, из структуры твердого сплава водорода, в нем снижается концентрация, образующихся высших оксидов вольфрама и кобальта и увеличивается концентрация низших оксидов. Особенностью данного явления является то, что низшие оксиды подвергаются сублимации при более высоких температурах, действующих в зонах контакта инструментального и обрабатываемого материалов или вообще исключается их переход из твердого в газообразное состояние. Может оказаться так, что температурный интервал перехода в газообразное состояние с последующей конденсацией и образованием на контактных поверхностях эффективных оксидных пленочных систем, за счет наличия водорода, будет находиться значительно выше оптимальной температуры эксплуатации данного твердого сплава. В этом случае режущий клин твердосплавных режущих инструментов при эксплуатации их на режимах резания, вызывающих низкую температуру в зонах контакта, не будет иметь на контактных поверхностях эффективного экрана в виде тонких оксидных пленок, защищающего их от реакций межмолекулярного взаимодействия. Кроме того, в виду отсутствия нормальных явлений окисления, сублимации, конденсации и образования тонких оксидных слоев и наслоений, контактные поверхности твердосплавного режущего инструмента группы применяемости К не будут подвергаться эффективным смазочным действиям. При высоких температурах эксплуатации твердосплавного режущего инструмента, выше оптимальных температур, будет происходить ускоренный процесс разрушения твердосплавной структуры в зонах контакта за счет интенсивного окислительного, диффузионного и абразивного износов. В обоих случаях износостойкость режущих инструментов будет интенсивно снижаться.When hydrogen interacts with oxides formed in the contact zone, a rather high concentration of complex compounds is formed, which, in particular, also have hydrogen bonds. Hydrogen, as a rule, takes an active part in the reduction processes and prevents the formation of higher oxides. The formed oxide and oxyhydride compounds in the presence of hydrogen in their composition strongly change their thermodynamic and kinetic properties. So, when entering the intercontact space, from the structure of a solid alloy of hydrogen, the concentration of higher tungsten and cobalt oxides formed in it decreases and the concentration of lower oxides increases. A feature of this phenomenon is that the lower oxides undergo sublimation at higher temperatures, acting in the contact zones of the tool and the processed materials, or their transition from solid to gaseous state is completely excluded. It may turn out that the temperature range of the transition to the gaseous state, followed by condensation and the formation of effective oxide film systems on the contact surfaces, due to the presence of hydrogen, will be significantly higher than the optimum operating temperature of this carbide. In this case, the cutting wedge of carbide cutting tools, when used in cutting modes that cause low temperature in the contact zones, will not have thin oxide films on the contact surfaces of the effective screen, which protects them from intermolecular interaction reactions. In addition, due to the absence of normal phenomena of oxidation, sublimation, condensation and the formation of thin oxide layers and layers, the contact surfaces of the carbide cutting tool of the applicability group K will not be subjected to effective lubricating actions. At high operating temperatures of carbide cutting tools, above optimal temperatures, an accelerated process of destruction of the carbide structure in the contact zones due to intense oxidative, diffusion and abrasive wear will occur. In both cases, the wear resistance of cutting tools will be intensively reduced.

При адсорбции, водород размещается в различных объектах структуры твердых сплавов. Наиболее эффективным местом размещения водорода являются поры, трещины и различного рода система вакансионной дефектности компонентов структуры и их соединений.During adsorption, hydrogen is placed in various objects of the structure of hard alloys. The most effective place for hydrogen to be placed is in pores, cracks, and various types of vacancy defect systems of structure components and their compounds.

Располагаясь, за счет адсорбции в пористой системе карбидного зерна, водород ослабляет связи между вольфрамом и углеродом. Кроме того, его обширное присутствие делает структуру карбидного зерна, существенно, неоднородной по физико-механическим и химическим свойствам, что, собственно, нарушает целостность структуры зерна при действии на его поверхность знакопеременных нагрузок в виде сжатия и растяжения, возникающих на этапах образования адгезионного шва и его разрушения.Being located due to adsorption of carbide grain in the porous system, hydrogen weakens the bonds between tungsten and carbon. In addition, its extensive presence makes the structure of carbide grain substantially heterogeneous in physicomechanical and chemical properties, which, in fact, violates the integrity of the grain structure under the action of alternating loads in the form of compression and tension that arise at the stages of formation of the adhesive joint and its destruction.

В кобальтовой матрице водород размещается также в трещинах и порах, возникающих на этапах размола кобальтового порошка. При нагревании, водородная среда создает в трещинах, имеющих наноразмерную величину высокие давления и благоприятные условия для образования у материала данных частиц повышенной хрупкости.In the cobalt matrix, hydrogen is also located in cracks and pores arising at the stages of grinding cobalt powder. When heated, the hydrogen medium creates high pressures in the cracks having a nanoscale size and favorable conditions for the formation of these particles of increased fragility in the material.

В процессе спекания твердых сплавов системы карбид вольфрама - кобальт, в области межфазных границ, карбид вольфрама, в некоторой степени, растворяется в кобальте. Образующееся соединение на основе карбида вольфрама и кобальта имеет повышенную хрупкость. Графитовая прослойка на границе препятствует данным твердофазным разрушительным реакциям. С увеличением до некоторой степени толщины графитовой прослойки степень растворения компонентов снижается. Присутствие водорода в области межфазных границ способствует реакции растворения карбида вольфрама в кобальте, дополнительно создавая условия для увеличения хрупкости твердосплавной композиции. Это происходит вследствие того, что водород, располагаясь на границах фаз, взаимодействует с графитом, удаляет его с межфазных границ за счет образования газообразных углеводородных соединений и, таким образом устраняет условия для ограничения разрушительных для композиции твердофазных взаимодействий между карбидом вольфрама и кобальтом.During sintering of hard alloys of the tungsten carbide - cobalt system, in the region of interfacial boundaries, tungsten carbide, to some extent, dissolves in cobalt. The resulting compound based on tungsten carbide and cobalt has an increased fragility. The graphite interlayer at the boundary prevents these solid-phase destructive reactions. With an increase in the thickness of the graphite layer to some extent, the degree of dissolution of the components decreases. The presence of hydrogen in the region of interfacial boundaries contributes to the reaction of dissolution of tungsten carbide in cobalt, additionally creating conditions for increasing the fragility of the carbide composition. This is due to the fact that hydrogen, located at the phase boundaries, interacts with graphite, removes it from interphase boundaries due to the formation of gaseous hydrocarbon compounds and, thus, removes the conditions for limiting the composition-destructive solid-phase interactions between tungsten carbide and cobalt.

Вследствие указанных причин, формирующиеся в процессе износа передняя и задняя контактные поверхности режущего клина изначально, ввиду разрушительного присутствия в структуре твердого сплава водорода, являются в прочностном отношении ослабленными. При адгазионном взаимодействии ослабленных контактных поверхностей режущего клина с обрабатываемым материалом отрыв отдельных частей карбидного зерна и кобальтовой прослойки, а в некоторых случаях целого карбидного зерна или группы карбидных зерен с кобальтовым окружением происходит значительно на более ранних стадиях эксплуатации твердосплавного режущего инструмента.Due to these reasons, the front and rear contact surfaces of the cutting wedge formed during wear initially, due to the destructive presence of hydrogen in the structure of the hard alloy, are weakened in strength. During the aggasive interaction of the weakened contact surfaces of the cutting wedge with the processed material, detachment of individual parts of the carbide grain and cobalt layer, and in some cases of the whole carbide grain or group of carbide grains with a cobalt environment, occurs significantly at earlier stages of operation of the carbide cutting tool.

Сопоставление износостойкости твердосплавного режущего инструмента с содержанием водорода в составе оксидной массы, формирующейся при его окислении, наиболее точно отражают корреляционную связь между основной эксплуатационной характеристикой и способностью структуры твердого сплава накапливать водород. Оксидные образования, полученные при температуре, соответствующей оптимальной температуре резания, в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха по составу и свойствам максимальным образом приближаются к свойствам оксидных структур, формирующимся в зонах контакта твердосплавного режущего инструмента, группы применяемости К с обрабатываемым материалом, вызывающим интенсивный адгезионный износ.A comparison of the wear resistance of a carbide cutting tool with the hydrogen content in the composition of the oxide mass formed during its oxidation most accurately reflects the correlation between the main operational characteristic and the ability of the alloy structure to accumulate hydrogen. The oxide formations obtained at a temperature corresponding to the optimum cutting temperature in an electric furnace with open access to atmospheric air in composition and properties are as close as possible to the properties of oxide structures formed in the contact zones of a carbide cutting tool, applicability group K with the processed material, causing intense adhesion wear.

Из полученных испытаний при определении износостойкости твердосплавных режущих инструментов и определении количества водорода в оксидной массе также следует, что тонкие оксидные образования, формирующиеся в зонах контакта режущего и обрабатываемого материалов, и их химические, физические и механические свойства оказывают решающие влияния на термодинамику и кинетику трибологических процессов и отражают эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов в целом.From the obtained tests, when determining the wear resistance of carbide cutting tools and determining the amount of hydrogen in the oxide mass, it also follows that thin oxide formations formed in the contact zones of the cutting and processed materials and their chemical, physical and mechanical properties have decisive effects on the thermodynamics and kinetics of tribological processes and reflect the performance of carbide cutting tools in general.

Таким образом состав твердых сплавов, состояние их структуры, наличие в компонентах тех или иных примесей существенным образом оказывают влияние, с одной стороны, на износостойкость режущих инструментов группы применяемости К при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, а с другой, на их способность аккумулировать при их окислении в своей структуре водород. С уменьшением способности структуры твердого сплава аккумулировать водород и сохранять его затем в оксиде износостойкость твердосплавных режущих инструментов возрастает. С уменьшением водорода в структуре твердого сплава, а в итоге и в оксиде, приводит к улучшению его физико-механических характеристик. Снижается трещиностойкость, что является, существенно, важным при преимущественном действии в зонах контакта режущего инструмента с обрабатываемым материалом адгезионного износа, который сопровождается циклическим локальным силовым воздействием на контактные грани. При снижении в структуре запасенного водорода в зонах контакта с большей вероятностью формируются пленочные структуры, сформированные из высших оксидов, эффективно экранирующие межмолекулярные взаимодействия и являющиеся твердой смазкой.Thus, the composition of hard alloys, the state of their structure, the presence in the components of certain impurities significantly affect, on the one hand, the wear resistance of cutting tools of the applicability group K when they process materials that cause intense adhesive wear, and on the other, their ability accumulate hydrogen during their oxidation in its structure. With a decrease in the ability of the structure of a hard alloy to accumulate hydrogen and then store it in oxide, the wear resistance of carbide cutting tools increases. With a decrease in hydrogen in the structure of the hard alloy, and ultimately in the oxide, it leads to an improvement in its physical and mechanical characteristics. Fracture resistance is reduced, which is, essentially, important for the predominant action of adhesive wear in the contact areas of the cutting tool with the processed material, which is accompanied by a cyclic local force action on the contact faces. With a decrease in the structure of stored hydrogen in the contact zones, film structures formed from higher oxides are more likely to form, effectively screening intermolecular interactions and are a solid lubricant.

Существенно важной особенностью предлагаемого способа является то, что в соответствии с его приемами - без дополнительных затрат и технических трудностей представляется возможным проводить более объективную и точную оценку износостойкости - вследствие оперативного анализа и сопоставления текущих контролируемых и эталонных параметров, полученных в широком диапазоне режимов резания и температур резания. На свойства твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К большое влияние оказывают износостойкие покрытия. Между эксплуатационными характеристиками твердосплавных режущих инструментов и содержанием водорода в их оксидных образованиях также наблюдается устойчивая корреляционная связь. И для данных инструментальных материалов соблюдается правило: с уменьшением аккумулированного в оксидной структуре водорода износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К 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 assessment of wear resistance - due to the operational analysis and comparison of current controlled and reference parameters obtained in a wide range of cutting conditions and temperatures cutting. The properties of carbide cutting tools of the applicability group K are greatly influenced by wear-resistant coatings. A stable correlation is also observed between the operational characteristics of carbide cutting tools and the hydrogen content in their oxide formations. And for these tool materials, the rule is observed: with a decrease in the hydrogen accumulated in the oxide structure, the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K increases. Accordingly, the proposed forecasting method for evaluating their operational characteristics is also applicable.

Реализация способа осуществляется 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 окислению в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха при температуре близкой к температуре, возникающей в зоне обработки материалов при оптимальной скорости резания. Из образовавшейся на поверхностях режущих инструментов оксидной массы произвольно подбирают навески от 0,2 до 0,3 г, помещают их в специальные тигли, а затем сами тигли поочередно устанавливают в рабочую камеру прибора по определению водорода и определяют в каждом конкретном случае количество водорода в оксидной массе. После включения прибора - анализатора водорода и автоматического взвешивания навески - тигель с навеской автономно размещается между электродами. Далее производится расплавление навески, и автоматически оценивается вес выделяемого при плавлении образца водорода по изменению теплопроводности (электропроводности) несущего газа (аргона). Затем автоматически рассчитывается концентрация водорода в образце из оксида твердого сплава в единицах ррm. Итоговый результат также вычисляется автоматически компьютером анализатора водорода путем умножения определяемой концентрации на 104.The implementation of the method is carried out sequentially through several stages. First, carbide cutting tools (cutting inserts) are tested during cutting of materials that cause intense adhesive wear. After wear tests, the inserts are thoroughly cleaned and oxidized in an electric furnace with open access to atmospheric air at a temperature close to the temperature that occurs in the material processing zone at the optimum cutting speed. From the oxide mass formed on the surfaces of the cutting tools, we select randomly from 0.2 to 0.3 g, place them in special crucibles, and then the crucibles themselves are placed in the working chamber of the device one by one to determine hydrogen and in each case the amount of hydrogen in the oxide is determined mass. After turning on the device - a hydrogen analyzer and automatic weighing of the sample - the crucible with the sample is autonomously placed between the electrodes. Next, the sample is melted, and the weight of the hydrogen released during melting of the sample is automatically estimated by changing the thermal conductivity (electrical conductivity) of the carrier gas (argon). Then, the concentration of hydrogen in the sample of carbide is automatically calculated in units of ppm. Outcome computer also automatically calculated by multiplying the hydrogen analyzer determines the concentration per 10 4.

Определение водорода в структуре твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К производили с помощью анализатора водорода модели RHEN602 фирмы LECO. Анализатор оснащен системой Windows. Процесс определения водорода в оксидном образце производится при его плавлении в автономной электродной печи в среде газа-носителя (аргона). Концентрация водорода - отношение массы выделившегося при расплавлении образца водорода к массе образца (навески) оценивается по регистрации теплопроводности газа-носителя, в атмосфере которого производится плавления образца. Измерение теплопроводности газа-носителя производится в термокондуметрической ячейке. Сначала графитовый тигель, в котором затем плавится оксидный образец-навеска, подвергается дегазации. Дегазация начинается после помещения пустого графитового тигля (без образца) между электродами и последующего включения анализатора. Вследствие этого электроды сближаются, происходит их замыкание и реализуется режим горения - очистки тигля от атмосферных газов. При этом через тигель проходит ток величиной 800А, разогревающий его до высокой температуры, способствующей высвобождению газов, находящихся на поверхности и в микропорах приповерхностной области графитового тигля. Затем измеряемый на наличие водорода образец помещается в загрузочное устройство, взвешивается и перемещается через шлюз из загрузочного устройства в дегазированный тигель. После этого на тигель вновь подается высокий ток, разогревающий тигель и образец, высвобождая при этом газы из плавящегося образца. С тем чтобы предотвратить возможное выделение газов из тигля во время текущего рабочего анализа, на тигель подается ток, сила которого несколько ниже (600А) предыдущего тока дегазирования. Процесс плавления образца в тигле производится в среде газа-носителя. Прежде чем попасть в дозированном количестве в термокондуметрическую ячейка с пустым тиглем, а после с тиглем и помещенным в него образцом-навеской газ-носитель проходит тщательную очистку. Сначала газ из газового баллона через систему трубопроводов проходит через нагретый медный фильтр для очистки его от примесей кислорода. Затем газ проходит через специальные химические реагенты для очистки его от СО2 (углекислого газа) и Н2O (влаги). Процесс очистки несущего газа, а затем и несущего газа с выделившимся после расплавления образца водородом осуществляется после режима дегазации и, соответственно, рабочего режима (плавление образца в тигле с рабочим газом-носителем). В термокондуметрической ячейке измеряется теплопроводность газа-носителя после режима «дегазация» тигля (без образца) и после плавления образца в тигле. По мере нагревания образца и его плавления (после замыкания электродов) выделяющийся водород и прочий газ попадает в транспортирующий газовый поток и проходит через участок контроля газового потока. Газ вновь проходит через специальные химические реагенты, которые удаляют СO2 и Н2O (влагу). Наконец газ образца проходит через измерительную систему термокондуметрическую ячейку, где измеряется теплопроводность несущего газа с выделившимся при плавлении образца водородом. Так как водород имеет очень высокую теплопроводность по сравнению с другими газами, то по изменению теплопроводности несущего газа (в смеси с выделившимся из расплавленного образца водородом) с высокой точностью определяется содержание выделившегося, при плавлении оксидной навески, водорода в несущем газе. Данные по теплопроводности в отдельности газа-носителя и газа-носителя с выделившимся при плавлении навески водородом передаются на аналогово-цифровой преобразователь, а затем компьютерный процессор и, наконец ,на дисплей компьютера.The determination of hydrogen in the structure of carbide cutting tools of the applicability group K was carried out using a LECO model RHEN602 hydrogen analyzer. The analyzer is equipped with a Windows system. The process of determining hydrogen in an oxide sample is carried out when it is melted in a stand-alone electrode furnace in a carrier gas (argon). Hydrogen concentration - the ratio of the mass of hydrogen released during the melting of the sample to the mass of the sample (sample) is estimated by recording the thermal conductivity of the carrier gas, in the atmosphere of which the sample is melted. The measurement of the thermal conductivity of the carrier gas is carried out in a thermoconometric cell. First, a graphite crucible, in which the oxide sample sample is then melted, is degassed. Degassing begins after placing an empty graphite crucible (without sample) between the electrodes and then turning on the analyzer. As a result of this, the electrodes come together, they are shorted, and the combustion mode is realized — the crucible is cleaned of atmospheric gases. At the same time, a current of 800A passes through the crucible, heating it to a high temperature, contributing to the release of gases located on the surface and in micropores of the surface region of the graphite crucible. Then, the sample measured for the presence of hydrogen is placed in the loading device, weighed and moved through the lock from the loading device into a degassed crucible. After that, a high current is again applied to the crucible, heating the crucible and the sample, while releasing gases from the melting sample. In order to prevent the possible evolution of gases from the crucible during the current working analysis, a current is supplied to the crucible, the force of which is slightly lower (600A) of the previous degassing current. The process of melting a sample in a crucible is carried out in a carrier gas. Before entering a metered amount into a thermoconometric cell with an empty crucible, and then with a crucible and a sample mounted on it, the carrier gas is thoroughly cleaned. First, gas from a gas cylinder passes through a piping system through a heated copper filter to clean it of oxygen impurities. Then the gas passes through special chemicals to clean it of CO 2 (carbon dioxide) and H 2 O (moisture). The process of purification of the carrier gas, and then the carrier gas with hydrogen released after the sample was melted, is carried out after the degassing mode and, accordingly, the operating mode (melting of the sample in a crucible with a carrier gas). The thermal conductivity of the carrier gas is measured in the thermoconduction cell after the crucible “degassing” mode (without the sample) and after the sample is melted in the crucible. As the sample is heated and melted (after the electrodes are closed), the released hydrogen and other gas enters the transporting gas stream and passes through the gas flow control section. The gas again passes through special chemicals that remove CO 2 and H 2 O (moisture). Finally, the sample gas passes through the measuring system to a thermoconometric cell, where the thermal conductivity of the carrier gas with the hydrogen released during melting of the sample is measured. Since hydrogen has a very high thermal conductivity in comparison with other gases, the content of hydrogen released during melting of an oxide sample is determined by a change in the thermal conductivity of the carrier gas (in a mixture with hydrogen released from the molten sample) with high accuracy. The data on the thermal conductivity of the carrier gas and the carrier gas with hydrogen released during melting are transferred to an analog-to-digital converter, and then to a computer processor and, finally, to a computer display.

Полностью процесс измерения отображается на экране процессорного блока. Обычно время измерения составляет не более 1 мин. Измерение характеризуется высокой воспроизводимостью результатов, т.к. исключает ошибки, связанные с отбором, подготовкой и анализом отдельных проб оксидных масс, характерные для традиционных методов анализа. Концентрация водорода, у оксидной массы твердого сплава определяется компьютерной системой анализатора в соответствии с формулой:The entire measurement process is displayed on the screen of the processor unit. Typically, the measurement time is not more than 1 min. The measurement is characterized by high reproducibility of the results, because eliminates errors associated with the selection, preparation and analysis of individual samples of oxide masses characteristic of traditional methods of analysis. The hydrogen concentration of the oxide mass of the hard alloy is determined by the computer system of the analyzer in accordance with the formula:

ω = м а с с а в о д о р о д а , в ы д е л и в ш е г о с я  при плавлении оксидного образца - навески масса оксидного образца - навески × 10 4 ( p p m )

Figure 00000008
ω = m but from from but at about d about R about d but , at s d e l and at w e g about from I am when melting an oxide sample - samples weight of the oxide sample - samples × 10 four ( p p m )
Figure 00000008

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 из двух выборок партии твердосплавной продукции, определяют износостойкость каждой твердосплавной режущей пластины, определяют средние значения износостойкости для твердосплавных режущих пластин для каждой выборки, производят окисление в электрической печи испытанных на износостойкость твердосплавных режущих пластин, берут навески оксидных масс из окисленных твердосплавных режущих пластин, помещают их в анализатор, расплавляют навески, определяют концентрацию выделившегося водорода из каждого образца - оксидной навески, определяют средние значения выделившегося водорода для образцов-навесок для каждой выборки, строят график зависимости износостойкости от концентрации выделившегося водорода. Затем прогнозирование износостойкости у последующей поставляемой партии твердосплавных режущих пластин группы применяемости К производят без испытания их в процессе резания, а только по определению наличия у них концентрации водорода в их оксидной массе, полученной при окислении твердосплавной режущей пластины. С уменьшением водорода в составе оксидной массы твердосплавных режущих пластин их износостойкость при резании материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает.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 resistance tests of carbide cutting inserts from two samples of the carbide product batch, determine the wear resistance of each carbide cutting insert, determine the average wear resistance for carbide cutting plates for each sample, produce oxidation in an electric furnace tested for resistance of carbide cutting inserts, take samples of oxide mass from oxidized carbide cutting plates, place them in the analyzer, melt the samples, determine the concentration of released hydrogen from each sample - oxide sample, determine the average values of released hydrogen for sample-samples for each sample, plot the dependence wear resistance from the concentration of released hydrogen. Then, the prediction of the wear resistance of the next delivered batch of carbide cutting inserts of the applicability group K is performed without testing them during the cutting process, but only by determining the presence of hydrogen concentration in their oxide mass obtained by oxidation of the carbide cutting insert. With a decrease in hydrogen in the composition of the oxide mass of carbide cutting inserts, their wear resistance increases when cutting materials that cause intense adhesive wear.

При этом для прогнозирования износостойкости используют зависимость (1) а также пользуются графиком зависимости «концентрация водорода - износостойкость», полученным ранее при испытании - прогнозировании износостойкости первых (эталонных) партий твердосплавных режущих пластин.Moreover, to predict the wear resistance, use dependence (1) and also use the graph of the dependence "hydrogen concentration - wear resistance", obtained earlier in the test - forecasting the wear resistance of the first (reference) batches of carbide cutting inserts.

На фиг. 1 представлена эталонная зависимость «концентрация водорода - износостойкость», на основании которой производится прогнозирование износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих пластин при резании ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ.In FIG. 1 shows the reference dependence "hydrogen concentration - wear resistance", on the basis of which a forecast is made of the wear resistance of carbide applicability groups K of cutting inserts when they cut materials that cause intense adhesive wear.

С учетом рассмотренных особенностей взаимодействия твердосплавных инструментальных материалов группы применяемости К с водородом можно констатировать, что на процесс насыщения структуры твердых сплавов водородом оказывают 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.Taking into account the considered features of the interaction of carbide tool materials of the applicability group K with hydrogen, it can be stated that a large number of controlled factors, such as the main ones, are used to saturate the structure of hard alloys with hydrogen, for example, the main ones: the composition of the starting materials intended to produce tungsten and cobalt powders , graphite, the presence of certain impurities, the technology for producing these powders, the technology for producing carbides, especially grinding and mechanical activation of powders, features of the sintering process of components of hard alloys, the composition of the gas medium used in the preparation of powders and their sintering.

Путем целенаправленного управления и регулирования указанными факторами можно создать условия, при которых внутренняя структура твердых сплавов будет аккумулировать наименьший, из возможных, объем водорода. Такой подход обеспечит формирование наиболее оптимальной структуры твердых сплавов при их изготовлении. При этом с уменьшением в оксидной массе твердых сплавов группы применяемости К водорода, их износостойкость, при резании материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает.By purposefully controlling and regulating these factors, it is possible to create conditions under which the internal structure of hard alloys will accumulate the smallest possible amount of hydrogen. This approach will ensure the formation of the most optimal structure of hard alloys in their manufacture. At the same time, with a decrease in the applicability group K of hydrogen in the mass of hard alloys, 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 подвергают испытаниям на износостойкость на токарно-винторезном станке модели 163. В качестве обрабатываемого материала использовалась хромоникелевая сталь Х17Н13М2Т. Скорость резания при испытаниях выбиралась равной 70 м/мин. Подача и глубина резания были приняты соответственно 0,23 мм/об и 1,5 мм. Резание осуществлялось без охлаждения. За критерий затупления принимался износ режущей пластины по задней поверхности, равный 0,6 мм.An example of a method for predicting the wear resistance of carbide cutting tools. First, two batches (accepted as reference) in the amount of 10 pieces each of carbide cutting inserts of the applicability group K of the VK8 grade are tested for wear resistance on a model 163 screw-cutting lathe. The material used was Kh17N13M2T chromium-nickel steel. The cutting speed during the tests was chosen equal to 70 m / min. The feed rate and depth of cut were respectively 0.23 mm / rev and 1.5 mm. Cutting was carried out without cooling. As a blunting criterion, the wear of the insert along the rear surface, equal to 0.6 mm, was taken.

Стойкость для образцов из 10 штук первой эталонной партии составила: 29,20; 29,00; 28,50; 27,50; 26,80; 26,50; 26,00; 25,75; 25,00; 24,40 мин. Среднее значение составило 26,865 мин.Resistance for samples of 10 pieces of the first reference batch was: 29.20; 29.00; 28.50; 27.50; 26.80; 26.50; 26.00; 25.75; 25.00; 24.40 minutes The average value was 26.865 minutes.

Стойкость для образцов из 10 штук второй эталонной партии составила: 29,30; 28,80; 28,40; 27,80; 27,20; 26,60; 26,20; 25,90; 25,20; 24,30 мин. Среднее значение составило 26,970 мин.Resistance for samples of 10 pieces of the second reference batch was: 29.30; 28.80; 28.40; 27.80; 27.20; 26.60; 26.20; 25.90; 25.20; 24.30 minutes The average value was 26.970 minutes.

Затем, испытанные твердосплавные пластины после химической очистки в ультразвуковой ванне и сушки подвергались окислению в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха при температуре 800°С. После этого из полученной на поверхности твердосплавных режущих пластин оксидной массы подбирались навески массой в диапазоне от 0,2 до 0,3 г и подвергались обследованию на определение наличия в их структуре водорода. Насыщение структуры твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К водородом происходило в процессе изготовления отдельных компонентов и последующего спекания композита в целом.Then, the tested carbide plates after chemical cleaning in an ultrasonic bath and drying were subjected to oxidation in an electric furnace with open access to atmospheric air at a temperature of 800 ° C. After that, from the oxide mass obtained on the surface of carbide cutting inserts, weighed masses in the range from 0.2 to 0.3 g were selected and examined to determine the presence of hydrogen in their structure. The saturation of the structure of carbide cutting tools of the group of applicability to hydrogen occurred during the manufacturing of individual components and the subsequent sintering of the composite as a whole.

Масса приготовленных оксидных образцов (кусочков в навеске), полученных из первой партии испытанных в процессе резания твердосплавных режущих пластин, составила: 0,257; 0,263; 0,266; 0,271; 0,274; 0,279; 0,285; 0.289; 0,294; 0,297 г. The mass of prepared oxide samples (pieces in a sample) obtained from the first batch tested in the process of cutting carbide cutting inserts was: 0.257; 0.263; 0.266; 0.271; 0.274; 0.279; 0.285; 0.289; 0.294; 0.297 g.

Масса приготовленных оксидных образцов (кусочков в навеске), полученных из второй партии испытанных в процессе резания твердосплавных режущих пластин составила: 0,262; 0,265; 0,267; 0,269; 0,272; 0,275; 0,278; 0.283; 0,288; 0,296 г. The mass of prepared oxide samples (pieces in a sample) obtained from the second batch of carbide cutting inserts tested during cutting was: 0.262; 0.265; 0.267; 0.269; 0.272; 0.275; 0.278; 0.283; 0.288; 0.296 g.

Подготовленные таким образом навески устанавливают в специальную шлюзовую камеру, помещают в дегазированный графитовый тигель, тигель устанавливают между электродами, производят плавление навески, очищают газовую смесь несущего газа с выделившимся водородом от углекислого газа (СO2) и влаги (Н2O), определяют теплопроводность (электропроводность) смеси несущего газа с выделившимся при сгорании водородом и, на основании этого параметра, собственно, определяют массу водорода. Процесс определения массы выделившегося, аккумулированного оксидной структурой, водорода производится с помощью анализатора RHEN602 фирмы LECO в автоматическом режиме.The thus prepared sample is set in a special lock chamber is placed in a degassed graphite crucible, crucible mounted between the electrodes produce melting sample, purified gas mixture of the carrier gas with the released hydrogen from carbon dioxide (CO2) and moisture (H 2 O), determining the thermal conductivity (electrical conductivity) of the carrier gas mixture with hydrogen liberated during combustion and, on the basis of this parameter, actually determine the mass of hydrogen. The process of determining the mass of hydrogen released, accumulated by the oxide structure, is carried out using the LECO RHEN602 analyzer in automatic mode.

Точность определения концентрации выделяющегося водорода из оксидной структуры твердого сплава с помощью данного прибора (анализатора RHEN602 фирмы LECO) составляет 0,02 ррm.The accuracy of determining the concentration of hydrogen liberated from the oxide structure of the hard alloy using this device (LECO analyzer RHEN602) is 0.02 ppm.

Концентрация водорода в единицах ррm

Figure 00000009
у оксидных образцов, полученных из первой партии режущих пластин, соответственно, составила: 0,41; 0,43; 0,47; 0,51, 0,56; 0,59; 0,63; 0,65; 0,69; 0,73. Среднее значение концентрации водорода в ppm составило: 0,567.The concentration of hydrogen in units of ppm
Figure 00000009
for oxide samples obtained from the first batch of cutting inserts, respectively, amounted to: 0.41; 0.43; 0.47; 0.51, 0.56; 0.59; 0.63; 0.65; 0.69; 0.73. The average hydrogen concentration in ppm was: 0.567.

Концентрация водорода в единицах ppm

Figure 00000010
у оксидных образцов, полученных из второй партии режущих пластин, соответственно, составила: 0,43; 0,45; 0,48; 0,53; 0,57; 0,61; 0,64; 0,67; 0,72; 0,76. Среднее значение концентрации водорода в ррm составило 0,586.The concentration of hydrogen in units of ppm
Figure 00000010
for oxide samples obtained from the second batch of cutting inserts, respectively, amounted to: 0.43; 0.45; 0.48; 0.53; 0.57; 0.61; 0.64; 0.67; 0.72; 0.76. The average hydrogen concentration in ppm was 0.586.

На основании полученных ранее результатов по определению износостойкости твердосплавных режущих пластин и концентрации выделившегося при плавлении оксидных образцов-навесок водорода строится график зависимости «износостойкость - концентрация выделившегося водорода».Based on the results obtained earlier on determining the wear resistance of carbide cutting inserts and the concentration of oxide samples of hydrogen released during melting, a graph of the dependence “wear resistance - concentration of released hydrogen” is constructed.

На фиг. 1 представлена зависимость износостойкости режущих пластин из ВК8 группы применяемости К, соответственно, для выборок 1 и 2 при обработке ими стали Х17Н13М2Т от концентрации аккумулированного их оксидной структурой водорода. Для осуществления прогнозирования износостойкости у твердосплавных режущих пластин в последующей текущей (изготовленной или полученной) и предназначенной для потребления партии инструментальных образцов производят испытание только величины концентрации аккумулируемого их оксидной структурой водорода. Так, например, при прогнозировании износостойкости у очередной партии твердосплавных режущих пластин группы применяемости К на анализаторе RHEN602 с массой оксидных навесок: 0,246; 0,249; 0,254; 0,259; 0,264; 0,2268; 0,285; 0.289; 0,293; 0,296 были получены следующие концентрации водорода в ррm: 0,43; 0,45; 0,49; 0,53; 0,55; 0,57; 0,60; 0,65; 0,67; 0,73. Среднее значение из полученных данных составило 0,567 ррm. В соответствии с вышеприведенными формулами определяют аэ и bэ.In FIG. Figure 1 shows the wear resistance of cutting inserts from VK8 of the applicability group K, respectively, for samples 1 and 2 during their processing of Kh17N13M2T steel on the concentration of hydrogen accumulated by their oxide structure. To predict the wear resistance of carbide cutting inserts in the subsequent current (manufactured or obtained) and intended for consumption batch of instrumental samples, only the concentration of hydrogen accumulated by their oxide structure is tested. So, for example, when predicting the wear resistance of the next batch of carbide cutting inserts of the applicability group K on an RHEN602 analyzer with a mass of oxide mounts: 0.246; 0.249; 0.254; 0.259; 0.264; 0.2268; 0.285; 0.289; 0.293; 0.296 the following hydrogen concentrations in ppm were obtained: 0.43; 0.45; 0.49; 0.53; 0.55; 0.57; 0.60; 0.65; 0.67; 0.73. The average value from the obtained data was 0.567 ppm. In accordance with the above formulas, a e and b e are determined.

аэ=-5,526; bэ=23,736, после этого определяют Тпт and e = -5.526; b e = 23,736, then determine T pt

Тпт=26,83 мин.T pt = 26.83 min.

Таким образом, прогнозируемая средняя износостойкость у текущей партии твердосплавных режущих пластин составила 26,83 мин.Thus, the predicted average wear resistance of the current batch of carbide cutting inserts was 26.83 min.

Контрольные испытания износостойкости в процессе резания на металлорежущем станке показали следующие результаты по износостойкости: 30,80; 29,70; 29,30; 28,20; 27,60; 27,40; 27,00; 26,70; 26,20; 25,80, мин. Среднее значение составило 27,87 мин.Control tests of wear resistance during cutting on a metal cutting machine showed the following wear resistance results: 30.80; 29.70; 29.30; 28.20; 27.60; 27.40; 27.00; 26.70; 26.20; 25.80 minutes The average value was 27.87 minutes.

При осуществлении прогнозирования износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов отпадает необходимость в проведении дорогостоящих и трудоемких испытаний на износостойкость, проводимых на металлорежущих станках. Способ обладает высокой точностью прогноза. Это происходит вследствие тесной корреляционной связи между способностью оксидной массы твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К аккумулировать в своей структуре водород и их износостойкостью при резании материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. Степень корреляционной связи между концентрацией водорода, содержащегося в структуре твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов и их износостойкостью составляет r=0,88. Степень корреляционной связи между исходным параметром и износостойкостью режущих пластин в соответствии с прототипом составляет r=0,75. 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 аустенитной стали Х17Н13М2Т, выявлено, что результаты, полученные в соответствии с прототипом, отличаются от контрольных испытаний на 15-20%, в то время как результаты, полученные по предлагаемому способу, отличаются лишь на 5-10%.When predicting wear resistance for the current batch of carbide tools, there is no need for expensive and time-consuming wear tests conducted on metal cutting machines. The method has a high forecast accuracy. This is due to the close correlation between the ability of the oxide mass of carbide cutting tools of the applicability group K to accumulate hydrogen in their structure and their wear resistance when cutting materials that cause intense adhesive wear. The degree of correlation between the concentration of hydrogen contained in the structure of the carbide group of applicability K of cutting tools and their wear resistance is r = 0.88. The degree of correlation between the initial parameter and the wear resistance of the cutting inserts in accordance with the prototype is r = 0.75. When comparing the data on the forecast of wear resistance obtained in accordance with the prototype, according to the proposed method, and also as a result of control experimental studies of wear resistance performed in the process of cutting austenitic steel X17H13M2T, it was found that the results obtained in accordance with the prototype differ from control tests by 15 -20%, while the results obtained by the proposed method differ only by 5-10%.

Таким образом, предлагаемый способ контроля - прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов может быть использован с достаточно высокой экономической эффективностью на предприятиях, изготавливающих или потребляющих твердосплавную продукцию.Thus, the proposed 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 (3)

1. Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов по выбранному исходному параметру, включающий проведение испытания на изменение величины исходного параметра от свойств структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала, проведение эталонных испытаний на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, при оптимальной или близкой к ней скорости резания, построение эталонной - корреляционной зависимости «исходный параметр - износостойкость», статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов на основании зависимости:
Figure 00000002

где aЭ и bЭ - постоянные коэффициенты:
Figure 00000011

Figure 00000012

из них:
TПТ - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов, подвергшихся испытаниям, из прогнозируемой текущей партии твердосплавной продукции;
ωПТ - текущее значение выбранного исходного параметра, полученное при контроле оксидной массы, сформированной на поверхности твердосплавных режущих инструментов при их окислении из текущей контролируемой партии твердосплавной продукции;
T Э 1
Figure 00000004
и T Э 2
Figure 00000013
- износостойкость в минутах для двух независимых выборок твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;
ω Э 1
Figure 00000006
и ω Э 2
Figure 00000014
- средние значения величин выбранного исходного параметра, полученные при контроле оксидной массы, сформированной на поверхности твердосплавных режущих инструментов при их окислении, для двух выборок образцов из эталонной партии продукции, отличающийся тем, что с целью повышения точности прогнозирования износостойкости в качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося в оксидной массе, полученной при окислении твердосплавных режущих инструментов, с уменьшением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К возрастает.
1. A method for predicting the wear resistance of carbide applicability groups of K cutting tools according to the selected initial parameter, including testing for changing the value of the initial parameter from the properties of the structure formed during the manufacturing of carbide cutting material, carrying out benchmark wear tests in the process of cutting materials that cause intense adhesive wear , at optimal or close to her cutting speed, the construction of the reference - correlation dependence " similar parameter - wear resistance "statistical control only parameter values starting from the current batch of carbide cutting tools, wear forecast for the current batch of carbide cutting tools on the basis of the relationship:
Figure 00000002

where a E and b E are constant coefficients:
Figure 00000011

Figure 00000012

of them:
T PT - current wear resistance in minutes for tested carbide cutting tools from the predicted current batch of carbide products;
ω PT - the current value of the selected initial parameter obtained by monitoring the oxide mass formed on the surface of carbide cutting tools during their oxidation from the current controlled batch of carbide products;
T E one
Figure 00000004
and T E 2
Figure 00000013
- wear resistance in minutes for two independent samples of carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;
ω E one
Figure 00000006
and ω E 2
Figure 00000014
- average values of the values of the selected initial parameter obtained by monitoring the oxide mass formed on the surface of carbide cutting tools during their oxidation for two samples of samples from the reference batch of products, characterized in that in order to increase the accuracy of predicting wear resistance, the concentration value is used as the initial parameter hydrogen contained in the oxide mass obtained by the oxidation of carbide cutting tools, with a decrease in which the hardness wear resistance longwall cutting tools Group applicability to the increases.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве твердосплавных режущих инструментов используют твердосплавные режущие пластины.2. The method according to p. 1, characterized in that as carbide cutting tools using carbide cutting inserts. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии используют твердосплавные режущие инструменты из предыдущей партии приобретенной продукции. 3. The method according to p. 1, characterized in that as carbide cutting tools from the reference batch use carbide cutting tools from the previous batch of purchased products.
RU2015107069/28A 2015-03-02 2015-03-02 Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools RU2584275C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015107069/28A RU2584275C1 (en) 2015-03-02 2015-03-02 Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015107069/28A RU2584275C1 (en) 2015-03-02 2015-03-02 Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2584275C1 true RU2584275C1 (en) 2016-05-20

Family

ID=56012052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015107069/28A RU2584275C1 (en) 2015-03-02 2015-03-02 Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2584275C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3136434A1 (en) * 1981-09-14 1983-03-31 Brankamp, Klaus, Prof. Dr.-Ing., 4006 Erkrath Method of monitoring the service life of tools
SU1453242A2 (en) * 1987-02-03 1989-01-23 Производственное объединение "Харьковский моторостроительный завод "Серп и молот" Method of checkeing strength of tool
RU2518238C2 (en) * 2012-09-20 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Forecasting of carbide tool durability
RU2541388C1 (en) * 2013-08-21 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3136434A1 (en) * 1981-09-14 1983-03-31 Brankamp, Klaus, Prof. Dr.-Ing., 4006 Erkrath Method of monitoring the service life of tools
SU1453242A2 (en) * 1987-02-03 1989-01-23 Производственное объединение "Харьковский моторостроительный завод "Серп и молот" Method of checkeing strength of tool
RU2518238C2 (en) * 2012-09-20 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Forecasting of carbide tool durability
RU2541388C1 (en) * 2013-08-21 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Hydrogen in pipeline steels: Recent advances in characterization and embrittlement mitigation
Jack et al. Investigation of the hydrogen induced cracking behaviour of API 5L X65 pipeline steel
Sartin et al. 316L powder reuse for metal additive manufacturing
Nagumo et al. Deformation-induced defects controlling fracture toughness of steel revealed by tritium desorption behaviors
RU2370750C1 (en) Method of forecasting wear resistance of cemented-carbide cutting tool
Costin et al. Investigation of hydrogen assisted cracking in acicular ferrite using site-specific micro-fracture tests
RU2422800C1 (en) Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2358838C1 (en) Method of forecasting cemented-carbide tool wear resistance
RU2584275C1 (en) Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2459192C1 (en) Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools
Pourazizi et al. Effect of thermo-mechanical controlled process on microstructural texture and hydrogen embrittlement resistance of API 5L X70 pipeline steels in sour environments
Mohtadi-Bonab et al. Different aspects of hydrogen diffusion behavior in pipeline steel
Lakshminarayanan et al. Sensitization resistance of friction stir welded AISI 409 M grade ferritic stainless steel joints
RU2422801C1 (en) Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2365899C1 (en) Method of forecasting of wear resistance of carbide cutting tools
RU2569920C1 (en) Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2540444C2 (en) Forecasting of carbide tool durability
RU2518238C2 (en) Forecasting of carbide tool durability
RU2584339C1 (en) Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2534730C1 (en) Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2591874C1 (en) Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2541388C1 (en) Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools
RU2374038C1 (en) Method of definition of optimal cutting speed
Imran et al. Quantifying diffused hydrogen in AISI-52100 bearing steel and in silver steel under tribo-mechanical action: Pure rotating bending, sliding–rotating bending, rolling–rotating bending and uni-axial tensile loading
RU2356699C1 (en) Prediction method of wear resistance of hard-alloy cutting tool

Legal Events

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

Effective date: 20170303