RU2591874C1 - 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 PDFInfo
- Publication number
- RU2591874C1 RU2591874C1 RU2015117351/28A RU2015117351A RU2591874C1 RU 2591874 C1 RU2591874 C1 RU 2591874C1 RU 2015117351/28 A RU2015117351/28 A RU 2015117351/28A RU 2015117351 A RU2015117351 A RU 2015117351A RU 2591874 C1 RU2591874 C1 RU 2591874C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbide
- wear resistance
- cutting tools
- polyoxide
- batch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.The invention relates to the field of metal cutting and can be used to predict - control the wear resistance of carbide cutting tools in their manufacture, use or certification.
Известен способ определения износостойкости твердых сплавов, заключающийся в том, что испытуемый материал помещают в переменное магнитное поле с напряженностью порядка 5 эрстед, измеряют магнитную проницаемость материала и по градировочному графику «магнитная проницаемость - стойкость», построенному для эталонного образца, определяют величину износостойкости материала [SU АС 268720, МПК G01 N3/58, 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 AC 268720, IPC G01 N3 / 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 G0IN 3/58, БИ 1991 №19]. Выбранным исходным параметром в данном способе является величина температуропроводности. Основным недостатком данного способа является то, что очень трудно, более или менее точно, определить скорость распространения тепла в материалах, в которых носителями тепла являются свободные электроны. Твердые сплавы являются такими материалами, и теплопередача у них обеспечивается за счет движения электронов. Температуропроводность всех твердых сплавов отличается на незначительную величину. Поэтому очень сложно определить флуктуации (изменяющие износостойкость) температуропроводности для одной конкретной марки твердого сплава (они практически незаметны). Последнее сопряжено с большими техническими трудностями. Должное обеспечение в этой ситуации операций контроля точными - воздействующими, регистрирующими и вспомогательными приборами и устройствами, гарантирующими необходимую точность, повлечет за собой значительное повышение себестоимости контрольных операций. Вследствие этого данный способ контроля является малоперспективным для использования как в лабораторных, так и в производственных условиях.A known method of controlling the cutting properties of a batch of carbide tools, according to which first they act on each tool (carbide plate) from the batch, a control parameter is recorded, then several tools from the batch are selectively subjected to mechanical wear and the cutting properties of the tools of the entire batch are determined. The impact on each tool is carried out by uniformly distributed pulsed heating, a chronological thermogram is recorded, the thermal diffusivity of each instrument is determined as a control parameter, 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
Известен способ прогнозирования износостойкости режущего инструмента, выбранный в качестве прототипа и заключающийся в следующем. Проводят эталонные испытания режущих инструментов при оптимальной или близкой к ней скорости резания, проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной полиоксидной структуры твердого сплава, сформированной в процессе его нагревания, строят эталонную корреляционную зависимость "исходный параметр - износостойкость", выполняют статистический контроль только величины исходного параметра для текущей партии твердосплавных режущих инструментов. После этого прогнозируют износостойкость для текущей партии инструментов на основании зависимости:A known method for predicting the wear resistance of a cutting tool, selected as a prototype and consisting in the following. Carry out benchmark tests of cutting tools at an optimal or close cutting speed, conduct tests to change the value of the initial parameter on the properties of the surface polyoxide structure of the hard alloy formed during its heating, build the reference correlation "initial parameter - wear resistance", perform statistical monitoring only initial parameter values for the current batch of carbide cutting tools. After that, wear resistance is predicted for the current batch of tools based on the relationship:
где Т(текущее), мин - износостойкость в минутах - среднее прогнозируемое время безаварийной работы твердосплавных режущих инструментов, подвергающихся испытаниям, из текущей партии образцов;where T (current), min - wear resistance in minutes - the average predicted time of trouble-free operation of carbide cutting tools undergoing tests from the current batch of samples;
Т(эталонное), мин - средняя износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;T (reference), min - average wear resistance in minutes for carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;
τ(эталонное), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;τ (reference), ps - the average value of the selected initial parameter obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;
τ(текущее), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из текущей - контролируемой партии. В качестве исходного параметра при этом используют величину времени жизни позитронов, внедренных в поверхность и приповерхностные слои твердых сплавов и производящих оценку электронной плотности их структуры. По величине электронной плотности прогнозируют износостойкость изготовленных режущих инструментов [SU АС 2251095, МПК G01N 3/58, БИ 2005, №12]. Основным недостатком данного способа является высокая организационная сложность в его осуществлении. Для реализации этого способа необходим радиоактивный источник. В соответствии с нормами для его обслуживания существуют высокие требования. Необходимо иметь специальное помещение для его хранения. Измерение соответствующих параметров и обработку полученных результатов могут производить только специально подготовленный и обученный персонал. С помощью данного способа производится оценка структуры на атомном уровне и не всегда сопоставление данных результатов с результатами, получаемыми по износостойкости, приводит к точному прогнозу. Данный способ позволяет производить разбраковку - прогнозировать износостойкость твердых сплавов, близких по виду и степени дефектности структуры. Сравнение структур сильно различающихся по виду и степени дефектности дает достаточно заметные погрешности в прогнозе износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Вследствие этого данный способ прогнозирования износостойкости не совсем точно характеризует эксплуатационные свойства, предопределяемые степенью дефектности структуры, что в итоге снижает степень тесноты корреляционной связи между исходным параметром и износостойкостью режущих инструментов. Тем не менее данный способ контроля информативно отражает эксплуатационное состояние поверхностной структуры инструментального материала, что важно для установления связи между данной характеристикой и адгезионным износом, в большой степени зависящим от вида и степени дефектности поверхностного слоя, и мы выбираем его в качестве прототипа.τ (current), ps - the average value of the selected initial parameter obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from the current - controlled batch. In this case, the value of the positron lifetime embedded in the surface and near-surface layers of hard alloys and estimating the electron density of their structure is used as the initial parameter. The magnitude of the electron density predict the wear resistance of the manufactured cutting tools [SU AC 2251095, IPC G01N 3/58, BI 2005, No. 12]. The main disadvantage of this method is the high organizational complexity in its implementation. To implement this method, a radioactive source is required. In accordance with the standards for its maintenance, there are high requirements. It is necessary to have a special room for its storage. The measurement of the relevant parameters and the processing of the results obtained can only be done by specially trained and trained personnel. Using this method, the structure is evaluated at the atomic level and the results are not always compared with the results obtained by wear resistance, leading to an accurate forecast. This method allows you to sort out - to predict the wear resistance of hard alloys, similar in appearance and degree of defective structure. 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 to a large extent depends on the type and degree of imperfection of the surface layer, and we choose it as a prototype.
Задачей предлагаемого способа - прогнозирования износостойкости твердосплавных вольфрам - кобальтовых группы применяемости К режущих инструментов является повышение точности и снижение трудоемкости при выполнении необходимых для этого операций. Прогнозирование основано на тесной корреляционной зависимости между износостойкостью и относительной диэлектрической проницаемостью полиоксидной структуры, полученной при окислении твердых сплавов в муфельной электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха. С уменьшением относительной диэлектрической проницаемости у полиоксидной структуры износостойкость твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов, при обработке ими сталей и сплавов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает.The objective of the proposed method is predicting the wear resistance of carbide tungsten - cobalt group of applicability K cutting tools is to increase accuracy and reduce the complexity when performing the necessary operations. Prediction is based on a close correlation between the wear resistance and the relative dielectric constant of the polyoxide structure obtained by the oxidation of hard alloys in a muffle electric furnace with open access to atmospheric air. With a decrease in the relative dielectric constant of the polyoxide structure, the wear resistance of carbide applicability groups of K cutting tools increases when they treat 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 твердосплавных режущих инструментов в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха, проведение испытания полученной полиоксидной массы на изменение величины исходного параметра, зависящего от состава и свойств твердосплавной композиции, сформированных в процессе ее получения, построение эталонной - корреляционной зависимости «износостойкость - исходный параметр», статистический контроль только величины исходного параметра у текущей (поступающей к потребителю) партии твердосплавных режущих инструментов, прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов на основании зависимости:The task in predicting the wear resistance of carbide cutting tools 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 during cutting of materials that cause intense adhesive wear at an optimum or close cutting speed, oxidation of the tested carbide cutting tools in an electric furnace with open access to atmospheric air, wire testing the resulting polyoxide mass to change the value of the initial parameter, which depends on the composition and properties of the carbide composition formed in the process of its preparation, constructing a reference - correlation dependence "wear resistance - initial parameter", statistical control of only the value of the initial parameter for the current (arriving to the consumer) consignment of carbide cutting tools, prediction of wear resistance for the current consignment of carbide tools based on the relationship:
где aЭ и bЭ - постоянные коэффициенты:where a E and b E are constant coefficients:
из них:of them:
Тпт - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов, подвергшихся испытаниям, из прогнозируемой текущей партии твердосплавной продукции;T pt is the current wear resistance in minutes for carbide cutting tools that have been tested from the forecasted current batch of carbide products;
εпт - текущее значение выбранного исходного параметра,ε pt is the current value of the selected initial parameter,
полученное при контроле полиоксидной структуры твердосплавных режущих инструментов из текущей - прогнозируемой партии твердосплавной продукции;obtained from the control of the polyoxide structure of carbide cutting tools from the current - predicted batch of carbide products;
ТЭ1 и ТЭ2 - износостойкость в минутах для двух независимых выборок твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;T E1 and T E2 - wear resistance in minutes for two independent samples of carbide cutting tools from the reference batch of carbide products;
εЭ1 и εЭ2 - средние значения величин выбранного исходного параметра, полученные при контроле полиоксидной структуры из двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов, из эталонной партии продукции.ε E1 and ε E2 are the average values of the selected initial parameter obtained when controlling the polyoxide structure from two samples of carbide cutting tools samples from a reference batch of products.
Для повышения точности прогнозирования износостойкости в качестве исходного параметра используют величину относительной диэлектрической проницаемости полиоксидной массы, полученной при окислении твердосплавных режущих инструментов, с уменьшением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости К, возрастает.To increase the accuracy of predicting wear resistance, the value of the relative dielectric constant of the polyoxide mass obtained by oxidation of carbide cutting tools is used as an initial parameter, with a decrease in which the wear resistance of carbide cutting tools, group of applicability K, increases.
В качестве твердосплавных режущих инструментов используют твердосплавные режущие пластины.As carbide cutting tools, carbide cutting inserts are used.
В качестве твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии используют твердосплавные режущие инструменты из предыдущей партии приобретенной продукции.As carbide cutting tools from a reference batch, carbide cutting tools from a previous batch of purchased products are used.
Относительная диэлектрическая проницаемость среды межконтактного пространства оказывает большое влияние на уровень межмолекулярного адгезионного взаимодействия трущихся поверхностей и их износ.The relative dielectric constant of the contact space has a great influence on the level of intermolecular adhesive interaction of the rubbing surfaces and their wear.
Относительная диэлектрическая проницаемость полиоксидной массы, получаемой при окислении твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К в муфельной электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха, тесным образом коррелирует с их износостойкостью, проявляющуюся при резании сталей и сплавов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. Водород, кислород и другие, контролируемые и неконтролируемые примесные элементы, входящие в структуру полиоксидной массы, оказывают большое влияние на величину относительной диэлектрической проницаемости. С уменьшением относительной диэлектрической проницаемости у полиоксидной массы износостойкость твердосплавных режущих инструментов, из которых собственно и получена данная среда, возрастает.The relative dielectric constant of the polyoxide mass obtained by the oxidation of carbide cutting tools of the applicability group K in a muffle electric furnace with open access to atmospheric air closely correlates with their wear resistance, which manifests itself when cutting steels and alloys that cause intense adhesive wear. Hydrogen, oxygen, and other controlled and uncontrolled impurity elements included in the structure of the polyoxide mass have a great influence on the value of the relative permittivity. With a decrease in the relative dielectric constant of the polyoxide mass, the wear resistance of carbide cutting tools, from which this medium is actually obtained, increases.
Тесная связь между износостойкостью твердосплавных режущих инструментов и относительной диэлектрической проницаемостью полиоксидных структур, получаемых при окислении режущих инструментов в муфельной электрической печи, обусловлена тем, что и в зонах контакта твердосплавных режущих инструментов с обрабатываемыми материалами, в процессе резания, на контактных поверхностях режущего клина формируется полиоксидная структура и ее состав и свойства, также оказывают большое влияние на эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов.The close relationship between the wear resistance of carbide cutting tools and the relative dielectric constant of polyoxide structures obtained by oxidation of cutting tools in a muffle electric furnace is due to the fact that in the contact areas of carbide cutting tools with the processed materials, during the cutting process, a polyoxide is formed on the contact surfaces of the cutting wedge structure and its composition and properties also have a great influence on the performance of carbide alloys uschih tools.
Так как одним из основных свойств полиоксидной среды, располагающейся в межконтактном пространстве и ограничивающей межмолекулярное взаимодействие трущихся поверхностей, является ее относительная диэлектрическая проницаемость, то и различная износостойкость режущих инструментов зависит именно от различной величины относительной диэлектрической проницаемости полиоксидных структур, формирующихся в межконтактных пространствах инструментального и обрабатываемого материалов.Since one of the main properties of the polyoxide medium located in the intercontact space and limiting the intermolecular interaction of the rubbing surfaces is its relative dielectric constant, the different wear resistance of cutting tools depends on the different relative dielectric constant of the polyoxide structures formed in the intercontact spaces of the tool and the machined materials.
Полиоксидная структура в зонах контакта поверхностей режущего и обрабатываемого материалов формируется как за счет процессов их окисления, так и за счет одновременного восстановления образующихся оксидов.The polyoxide structure in the contact zones of the surfaces of the cutting and processed materials is formed both due to the processes of their oxidation and due to the simultaneous reduction of the formed oxides.
Процесс окисления контактных поверхностей режущего инструмента в зонах их взаимодействия с обрабатываемым материалом происходит за счет поступления в межконтактные пространства, расположенные со стороны передней и задней поверхности режущего клина, кислорода окружающей газовой атмосферы.The oxidation process of the contact surfaces of the cutting tool in the zones of their interaction with the material being processed occurs due to the oxygen in the surrounding gas atmosphere entering the intercontact spaces located on the front and back surfaces of the cutting wedge.
Процесс восстановления оксидов и формирование оксигидридных и других структур в образующейся вследствие окисления контактных поверхностей оксидной массе осуществляется за счет водорода, поступающего в межконтактные пространства, вследствие его диффузии, из объемной структуры твердого сплава.The process of reducing oxides and the formation of oxyhydride and other structures in the oxide mass formed as a result of oxidation of the contact surfaces is carried out due to hydrogen entering the intercontact spaces, due to its diffusion, from the bulk structure of the hard alloy.
Изначальное накопление водорода в структуре твердого сплава происходит на этапе процесса его спекания в водородосодержащей среде. Внедрение водорода в формирующуюся тонкопленочную оксидную структуру межконтактного пространства существенным образом изменяет ее свойства, и в том числе химические, физические и механические.The initial accumulation of hydrogen in the structure of a solid alloy occurs at the stage of the process of its sintering in a hydrogen-containing medium. The incorporation of hydrogen into the forming thin-film oxide structure of the intercontact space substantially changes its properties, including chemical, physical, and mechanical ones.
Реальное влияние свойств полиоксидной структуры зон контакта на процесс резания, а следовательно, и фактические показатели износостойкости режущих инструментов определяется концентрацией водорода, проникающего в полиоксидную массу, а также уровнем активности реакций между оксидами и водородом, в результате которых образуются оксигидриды. Большое влияние на формирование свойств межконтактных полиоксидных структур оказывают также примеси, входящие в состав подвергающихся окислению составляющих компонентов структуры твердых сплавов.The real influence of the properties of the polyoxide structure of the contact zones on the cutting process, and therefore the actual wear resistance of cutting tools, is determined by the concentration of hydrogen penetrating the polyoxide mass, as well as the level of activity of the reactions between oxides and hydrogen, as a result of which oxyhydrides are formed. A great influence on the formation of the properties of intercontact polyoxide structures is also exerted by impurities that make up the components of the structure of hard alloys subjected to oxidation.
Поверхностные полиоксидные структуры, формирующиеся, таким образом, на контактных поверхностях твердосплавного режущего инструмента группы применяемости К становятся экраном против межмолекулярного взаимодействия и выполняют в определенные моменты времени роль твердой смазки. С улучшением диэлектрических характеристик у межконтактных полиоксидных структур, характеризующихся уменьшением их относительной диэлектрической проницаемости, экранирующая способность полиоксидной пленочной массы против межмолекулярного взаимодействия контактных поверхностей инструментального и обрабатываемого материалов возрастает. При этом износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К при резании материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, увеличивается.Surface polyoxide structures, which are thus formed on the contact surfaces of the carbide cutting tool of the applicability group K, become a screen against intermolecular interaction and play the role of a solid lubricant at certain points in time. With an improvement in the dielectric characteristics of intercontact polyoxide structures, characterized by a decrease in their relative permittivity, the screening ability of the polyoxide film mass against intermolecular interaction of the contact surfaces of the tool and the processed material increases. In this case, the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K when cutting materials that cause intense adhesive wear increases.
Наиболее низкой диэлектрической проницаемостью и наиболее высокой экранирующей способностью обладают полиоксидные структуры зон контакта, содержащие в своем составе оксиды с высшей степенью окисления вольфрама и кобальта. В таком случае в зонах контакта создаются благоприятные условия для формирования стехиометрического состава соединений вольфрама и кобальта с кислородом. С уменьшением содержания в составе полиоксидной массы, прежде всего водорода и водородосодержащих соединений, вероятность формирования в межконтактных пространствах структур с отмеченными оптимальными свойствами возрастает.The lowest dielectric constant and the highest shielding ability are possessed by the polyoxide structures of the contact zones containing oxides with the highest oxidation state of tungsten and cobalt. In this case, favorable conditions are created in the contact zones for the formation of the stoichiometric composition of tungsten and cobalt compounds with oxygen. With a decrease in the content in the composition of the polyoxide mass, primarily hydrogen and hydrogen-containing compounds, the likelihood of the formation of structures with marked optimal properties in the intercontact spaces increases.
При таком, наиболее приемлемом, составе полиоксидной массы, сосредотачиваемой в межконтактном пространстве, происходит наибольшее достижение износостойкости твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К, при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. Данное обстоятельство обусловлено высокими диэлектрическими характеристиками полиоксидной структуры, экранирующей межмолекулярное взаимодействие контактирующих поверхностей и выполняющей роль твердой смазки. Диэлектрические потери и величина относительной диэлектрической проницаемости полиоксида, в этом случае, достигают наименьшей величины. Твердая смазка при резании осуществляется периодически, вследствие отрыва верхних частей полиоксидной массы, после достаточного ее наслоения, от нижних частей.With this, the most acceptable, composition of the polyoxide mass concentrated in the intercontact space, the greatest achievement of the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K occurs when they process materials that cause intense adhesive wear. This circumstance is due to the high dielectric characteristics of the polyoxide structure, which screens the intermolecular interaction of the contacting surfaces and acts as a solid lubricant. The dielectric loss and the relative dielectric constant of the polyoxide, in this case, reach the smallest value. Solid lubrication during cutting is carried out periodically, due to separation of the upper parts of the polyoxide mass, after its sufficient layering, from the lower parts.
Диэлектрические, экранирующие межмолекулярные взаимодействия контактных поверхностей свойства полиоксидной пленки, формирующейся в межконтактных зонах, определяются степенью ее поляризации. Снижение степени поляризации полиоксидной структуры при помещении ее в переменное электрическое или иное силовое поле свидетельствует о снижении относительной диэлектрической проницаемости и улучшении качества всех других диэлектрических характеристик. И, наоборот, увеличение степени поляризации полиоксидной массы при помещении ее в переменное электрическое поле приводит к увеличению ее диэлектрической проницаемости и ухудшению диэлектрических характеристик. Последнее приводит в итоге к деградации полиоксидной диэлектрической структуры и повышает вероятность межмолекулярного взаимодействия инструментальных и обрабатываемых поверхностей. Результатом последнего может быть увеличение диэлектрических потерь, электропроводности, теплопроводности, снижение теплоемкости и, наконец, снижение износостойкости твердосплавных режущих инструментов при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ.The dielectric screening intermolecular interactions of the contact surfaces of the properties of the polyoxide film formed in the contact zones are determined by the degree of its polarization. A decrease in the degree of polarization of the polyoxide structure when it is placed in an alternating electric or other force field indicates a decrease in the relative permittivity and an improvement in the quality of all other dielectric characteristics. And, conversely, an increase in the degree of polarization of the polyoxide mass when placed in an alternating electric field leads to an increase in its dielectric constant and deterioration in dielectric characteristics. The latter ultimately leads to the degradation of the polyoxide dielectric structure and increases the likelihood of intermolecular interaction of tool and machined surfaces. The result of the latter can be an increase in dielectric losses, electrical conductivity, thermal conductivity, a decrease in heat capacity and, finally, a decrease in the wear resistance of carbide cutting tools when they process materials that cause intense adhesive wear.
Водород, проникающий из структуры твердых сплавов в зоны контакта, образует с оксидами поверхностных пленочных структур твердые растворы и различные комплексные соединения. Вследствие этого увеличивается поляризуемость и ухудшаются диэлектрические характеристики межконтактной диссипативной полиоксидной массы. Результатом данного изменения свойств полиоксидной массы является ухудшение ее экранирующих свойств против межмолекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей. Снижаются также свойства полиоксидной структуры, как твердой смазки.Hydrogen penetrating from the structure of hard alloys into contact zones forms solid solutions and various complex compounds with oxides of surface film structures. As a result, the polarizability increases and the dielectric characteristics of the intercontact dissipative polyoxide mass deteriorate. The result of this change in the properties of the polyoxide mass is the deterioration of its shielding properties against the intermolecular interaction of the contacting surfaces. The properties of the polyoxide structure as a solid lubricant are also reduced.
Сам процесс поляризации с помощью электрического поля или иного внешнего воздействия представляет собой пример структурной термодинамической неустойчивости полиоксидного вещества в некоторых локальных центрах как поверхности, так и объема в целом. Вследствие этого, данные центры локальной неустойчивости становятся участками, в области которых возникает наиболее высокая вероятность межмолекулярного взаимодействия инструментального материала с обрабатываемым.The process of polarization by means of an electric field or other external action is an example of structural thermodynamic instability of a polyoxide substance in some local centers of both the surface and the volume as a whole. As a result of this, these centers of local instability become areas in the region of which the highest probability of intermolecular interaction of the instrumental material with the processed one arises.
В электрическом или ином внешнем силовом поле электронные оболочки оксидных образований полиоксидной массы смещаются. С увеличением смещения уровень поляризации - структурной неустойчивости возрастает. Данный вид поляризации характеризуется как электронная поляризация. Чем выше уровень поляризации, тем ниже экранирующая способность у пленочной полиоксидной массы оказывать сопротивление межмолекулярному взаимодействию контактирующих поверхностей. С увеличением температуры, вплоть до температуры, равной оптимальной температуре резания и выше, уровень величины электронной поляризации снижается. Это происходит вследствие того, что увеличивается объем полиоксидной массы и уменьшается число частиц в единице объема, вследствие снижения плотности вещества.In an electric or other external force field, the electron shells of the oxide formations of the polyoxide mass are displaced. With an increase in bias, the level of polarization - structural instability increases. This type of polarization is characterized as electron polarization. The higher the level of polarization, the lower the shielding ability of the film polyoxide mass to resist the intermolecular interaction of the contacting surfaces. With increasing temperature, up to a temperature equal to the optimum cutting temperature and higher, the level of the electron polarization decreases. This is due to the fact that the volume of the polyoxide mass increases and the number of particles per unit volume decreases, due to a decrease in the density of the substance.
Если в процессе резания, вследствие различных внешних воздействий, например упругих и пластических деформаций, трения, внезапного повышения температуры межконтактная полиоксидная масса спонтанно подвергается поляризации, то следствием данного явления становится также мгновенное снижение экранирующей способности диэлектрической среды и увеличение силы межмолекулярного взаимодействия в локальных точках контактных поверхностей. Следствием последнего является усиление микросварочных процессов между контактными поверхностями, последующее разрушительное для поверхности режущего инструмента разъединение сварочных швов и как следствие микроразрушение поверхности режущего инструмента. Систематическое повышение уровня межмолекулярного взаимодействия между контактными поверхностями приводит к постепенному и непрерывному накапливанию повреждений и снижению общего эксплуатационного ресурса.If during cutting, due to various external influences, for example, elastic and plastic deformations, friction, a sudden increase in temperature, the intercontact polyoxide mass spontaneously undergoes polarization, then this phenomenon also results in an instantaneous decrease in the screening ability of the dielectric medium and an increase in the intermolecular interaction force at local points of contact surfaces . The consequence of the latter is the strengthening of microwelding processes between contact surfaces, the subsequent destructive separation of the welds for the surface of the cutting tool and, as a consequence, the micro-destruction of the surface of the cutting tool. A systematic increase in the level of intermolecular interaction between contact surfaces leads to a gradual and continuous accumulation of damage and a decrease in the total operational resource.
Водород, входящий в состав полиоксидной структуры, создает в кристаллической решетке оксидов, при температурах, возникающих при эксплуатации режущих инструментов, некоторую концентрацию различного вида электронных дефектов. Вследствие этого электронные оболочки дополнительно подвергаются смещению. Данный вид поляризации характеризуется как электронно-релаксационный. Он характерен для полиоксидов с высокой структурной дефектностью, созданной при участии водорода. Данный вид поляризации, обнаруживаемый у полиоксидной массы свидетельствует о дополнительном снижении диэлектрических свойств и способности к экранированию межмолекулярного взаимодействия.Hydrogen, which is part of the polyoxide structure, creates a certain concentration of various types of electronic defects in the crystal lattice of oxides, at temperatures arising from the operation of cutting tools. As a result, the electron shells are further biased. This type of polarization is characterized as electron-relaxation. It is characteristic of polyoxides with high structural defects created with the participation of hydrogen. This type of polarization found in the polyoxide mass indicates an additional decrease in the dielectric properties and the ability to shield intermolecular interaction.
Среди оксидов полиоксидной массы межконтактного пространства имеются и соединения с ионным видом связи. Этому способствует проникающий в оксидную структуру вольфрама и кобальта водород, который инициирует образование ионной формы и, одновременно, снижает прочность связи между отдельными ионами. В связи с этим у оксидной массы может проявляться также и такой вид термодинамической неустойчивости, определяемый, как ионная поляризация. Она проявляется при смещении ионов в кристаллической решетке оксидов. Вследствие неодинакового элементного состава оксидной массы смещение происходит на различную величину. В итоге, полиоксидная пленочная структура приобретает неоднородное электрическое строение, которое характеризуется наличием повышенных или пониженных значений величины заряда в локальных точках. Данное обстоятельство также способствует росту вероятности межмолекулярного взаимодействия контактных поверхностей, в области границ объектов полиоксидной структуры, где происходит преломление (разрыва) электрического поля.Among the oxides of the polyoxide mass of the intercontact space, there are also compounds with an ionic type of bond. This is facilitated by hydrogen penetrating into the oxide structure of tungsten and cobalt, which initiates the formation of an ionic form and, at the same time, reduces the bond strength between individual ions. In this regard, the type of thermodynamic instability, defined as ion polarization, can also manifest itself in the oxide mass. It manifests itself when ions are displaced in the crystal lattice of oxides. Due to the unequal elemental composition of the oxide mass, the displacement occurs by a different amount. As a result, the polyoxide film structure acquires an inhomogeneous electrical structure, which is characterized by the presence of increased or decreased values of the charge at local points. This circumstance also contributes to an increase in the probability of intermolecular interaction of contact surfaces in the region of the boundaries of objects of the polyoxide structure, where the electric field is refracted (broken).
С увеличением температуры в зонах контакта инструментального и обрабатываемого материалов общая концентрация водорода в межконтактной оксидной массе снижается. Это происходит вследствие того, что концентрация дессорбирующихся водородосодержащих соединений из зон контакта начинает превышать концентрацию водорода, поступающего в межконтактное пространство из объемной структуры твердого сплава. Данное обстоятельство приводит к уменьшению в полиоксидной массе концентрации соединений с ионным характером связи и, соответственно, к снижению ее поляризации. Следствием данных явлений может стать улучшение диэлектрических свойств полиоксидной массы, снижение относительной диэлектрической проницаемости и повышение ее экранирующей способности против межмолекулярного взаимодействия инструментальных и обрабатываемых контактных поверхностей.With increasing temperature in the contact zones of the tool and the processed material, the total concentration of hydrogen in the intercontact oxide mass decreases. This is due to the fact that the concentration of desorbable hydrogen-containing compounds from the contact zones begins to exceed the concentration of hydrogen entering the intercontact space from the bulk structure of the hard alloy. This circumstance leads to a decrease in the concentration of compounds with the ionic nature of the bond in the polyoxide mass and, accordingly, to a decrease in its polarization. The consequence of these phenomena may be an improvement in the dielectric properties of the polyoxide mass, a decrease in the relative dielectric constant and an increase in its shielding ability against the intermolecular interaction of instrumental and machined contact surfaces.
Полиоксидные молекулы при взаимодействии с водородом образуют крупные комплексные соединения с полярными радикалами. Упорядочение полярных радикалов в электрическом поле представляет собой дипольно-релаксационную поляризацию. При этом происходит ориентирование в расположении полярных макромолекул. С повышением температуры вероятность ориентации молекул дополнительно облегчается, что приводит к увеличению интенсивности данной дипольно-релаксационной поляризации и к резкому росту относительной диэлектрической проницаемости. Однако одновременно с ростом температуры резания происходит разрушение комплексных оксидных и оксигидридных соединений в межконтактном пространстве. Последнее приводит к снижению возможной поляризуемости и, соответственно, к снижению относительной диэлектрической проницаемости полиоксидной пленочной структуры.When interacting with hydrogen, polyoxide molecules form large complex compounds with polar radicals. The ordering of polar radicals in an electric field is a dipole-relaxation polarization. In this case, orientation occurs in the arrangement of polar macromolecules. With increasing temperature, the probability of molecular orientation is further facilitated, which leads to an increase in the intensity of this dipole-relaxation polarization and to a sharp increase in the relative permittivity. However, at the same time as the cutting temperature increases, complex oxide and oxyhydride compounds are destroyed in the intercontact space. The latter leads to a decrease in the possible polarizability and, accordingly, to a decrease in the relative dielectric constant of the polyoxide film structure.
Большая энергия электрического поля или иного поля внешнего воздействия теряется - рассеивается в процессе реализации межслойной поляризации полиоксидной структуры. Дело в том, что полиоксидная структура в межконтактном пространстве формируется в виде чередования слоев из оксида вольфрама и оксида кобальта, которые имеют различный тип проводимости, осуществляемый, соответственно, за счет электронов и дырок. Вектор электрического поля, возникающий в слое оксида вольфрама, направлен против вектора электрического поля, создаваемого в слое оксида кобальта. Установлению термодинамического равновесия в полиоксидной структуре препятствует разнонаправленность данных векторов, характеризующих электрическое поле каждого слоя. В этом случае процесс создания структурной неустойчивости с помощью, например, электрического поля или иного внешнего воздействия, вызывающего поляризацию, связан с большими потерями энергии и ростом температуры. Вместе с тем данный вид поляризации не связан с ухудшением диэлектрических характеристик полиоксида, так как нагревание полиоксидной структуры приводит к дополнительному ее окислению и стабилизации относительной диэлектрической проницаемости или даже се снижению.A large energy of an electric field or other field of external influence is lost - dissipated in the process of realization of the interlayer polarization of the polyoxide structure. The fact is that the polyoxide structure in the intercontact space is formed in the form of alternating layers of tungsten oxide and cobalt oxide, which have a different type of conductivity, carried out, respectively, due to electrons and holes. The electric field vector arising in the tungsten oxide layer is directed against the electric field vector created in the cobalt oxide layer. The establishment of thermodynamic equilibrium in the polyoxide structure is prevented by the multidirectionality of these vectors characterizing the electric field of each layer. In this case, the process of creating structural instability using, for example, an electric field or other external action that causes polarization, is associated with large energy losses and an increase in temperature. At the same time, this type of polarization is not associated with a deterioration in the dielectric characteristics of the polyoxide, since heating of the polyoxide structure leads to its additional oxidation and stabilization of the relative dielectric constant or even to a decrease.
Водород, проникающий из объемных слоев твердого сплава, за счет диффузии, в межконтактное пространство оказывает влияние на диэлектрические характеристики и соответственно на процессы поляризации и относительную диэлектрическую проницаемость. Это происходит вследствие того, что водород образует с оксидами слоя различные комплексные соединения. В итоге возрастает поляризуемость пленочной структуры и относительная диэлектрическая проницаемость. Экранирующие, против межмолекулярного взаимодействия контактных поверхностей, свойства полиоксидной пленочной структуры в этом случае снижаются. Присутствие водорода в межпленочном пространстве также оказывает препятствие для осуществления химических реакций между отдельными оксидными пленочными структурами, реализация которых значительно улучшила бы диэлектрические характеристики полиоксидной массы в целом. С уменьшением концентрации водорода в межпленочном пространстве вероятность химических взаимодействий между оксидными пленками вольфрама и кобальта возрастает. В результате образования твердого раствора вольфрама в кобальте формируется структура с более высокими диэлектрическими показателями - характеризующаяся более низкими диэлектрическими потерями и более низкой относительной диэлектрической проницаемостью. Вследствие этого такая многослойная пленочная структуры более эффективно экранирует межмолекулярное взаимодействие, а продолжительность безотказной работы твердосплавных режущих инструментов при обработке материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, становится более высокой.Hydrogen penetrating from the bulk layers of the hard alloy, due to diffusion, into the intercontact space affects the dielectric characteristics and, accordingly, the polarization processes and relative permittivity. This is due to the fact that hydrogen forms various complex compounds with the oxides of the layer. As a result, the polarizability of the film structure and the relative dielectric constant increase. Shielding, against intermolecular interaction of contact surfaces, the properties of the polyoxide film structure in this case are reduced. The presence of hydrogen in the interfilm space also hinders the implementation of chemical reactions between individual oxide film structures, the implementation of which would significantly improve the dielectric characteristics of the polyoxide mass as a whole. With a decrease in the hydrogen concentration in the interfilm space, the probability of chemical interactions between the oxide films of tungsten and cobalt increases. As a result of the formation of a solid solution of tungsten in cobalt, a structure with higher dielectric properties is formed - characterized by lower dielectric losses and lower relative permittivity. As a result of this, such a multilayer film structure shields the intermolecular interaction more efficiently, and the uptime of carbide cutting tools during processing of materials causing intense adhesive wear becomes higher.
Процессы поляризации полиоксидной массы могут происходить также в результате ее упругих и пластических деформаций, а также при трении. Причем наибольшие значения поляризации - структурной неустойчивости полиоксида могут быть достигнуты при одной или нескольких различных температурах.Polarization processes of the polyoxide mass can also occur as a result of its elastic and plastic deformations, as well as during friction. Moreover, the highest values of polarization - structural instability of the polyoxide can be achieved at one or more different temperatures.
В процессе интенсивных упругих и пластических деформаций, трения, а также действия высоких температур, формирующаяся и одновременно разрушающаяся полиоксидная пленочная структура межконтактного пространства может изменять свой состав и агрегатное состояние, и соответственно, менять свои электрические свойства и, в частности, относительную диэлектрическую проницаемость, которая определяет уровень межмолекулярного взаимодействия между контактными поверхностями инструментального и обрабатываемого материалов.In the process of intense elastic and plastic deformations, friction, as well as the action of high temperatures, the formed and simultaneously collapsing polyoxide film structure of the contact space can change its composition and state of aggregation, and accordingly, change its electrical properties and, in particular, relative permittivity, which determines the level of intermolecular interaction between the contact surfaces of the tool and the processed material.
Водород, проникающий в межконтактные пространства со стороны объемной структуры твердого сплава, оказывает большое влияние на характер указанных превращений, создает условия для дополнительной поляризации полиоксидной структуры, ухудшения ее диэлектрических характеристик, повышения относительной диэлектрической проницаемости и в итоге повышения уровня межмолекулярного взаимодействия контактных поверхностей инструментального и обрабатываемого материалов.Hydrogen penetrating into the intercontact spaces from the side of the bulk structure of the hard alloy has a great influence on the nature of these transformations, creates conditions for additional polarization of the polyoxide structure, deterioration of its dielectric characteristics, increase in relative dielectric constant and, as a result, increase in the level of intermolecular interaction of the contact surfaces of the tool and the machined materials.
Объемные слои твердого сплава могут содержать также некоторую концентрацию свободного и растворенного кислорода. Диффузия кислорода из внутренних слоев объемной структуры твердых сплавов в зоны контакта будет стабилизировать процесс окисления межконтактной полиоксидной массы и улучшать ее диэлектрические характеристики. Относительная диэлектрическая проницаемость в данном случае будет снижаться. Экранирующие свойства межконтактной полиоксидной структуры против межмолекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей будут улучшаться. Другие, контролируемые и неконтролируемы примеси, содержащиеся в составе компонентов твердых сплавов и подвергающиеся диффузии при высоких температурах эксплуатации режущих инструментов в межконтактное пространство, могут как повышать, так и понижать величину относительной диэлектрической проницаемости межконтактной полиоксидной массы.Bulk layers of the hard alloy may also contain some concentration of free and dissolved oxygen. Diffusion of oxygen from the inner layers of the bulk structure of hard alloys to the contact zones will stabilize the oxidation process of the intercontact polyoxide mass and improve its dielectric characteristics. The relative dielectric constant in this case will decrease. The shielding properties of the intercontact polyoxide structure against the intermolecular interaction of the contacting surfaces will improve. Other, controlled and uncontrolled impurities contained in the components of hard alloys and subjected to diffusion at high operating temperatures of cutting tools into the intercontact space can both increase and decrease the relative dielectric constant of the intercontact polyoxide mass.
При достаточно высоких - оптимальных температурах резания часть полиоксидной массы, располагающейся в межконтактных пространствах, подвергается сублимации - из твердого состояния переходит в газообразное. Образующееся газовое состояние обладает более качественными диэлектрическими характеристиками по сравнению с полиоксидной твердой массой. Газообразный полиоксид имеет низкие диэлектрические потери и низкую величину относительной диэлектрической проницаемости. С уменьшением в составе газообразного полиоксида водорода и водородосодержащих соединений его свойства, как экрана против межмолекулярного взаимодействия трущихся контактных поверхностей повышаются. Это обусловлено снижением у такого газообразного полиоксидного состояния диэлектрических потерь и величины относительной диэлектрической проницаемости. Появление в межконтактном пространстве газообразного оксидного вещества приводит к наиболее существенному снижению межмолекулярного взаимодействия между контактными поверхностями твердосплавного режущего инструмента и обрабатываемого материалов и, соответственно, к снижению адгезионного износа и повышению износостойкости.At sufficiently high (optimal) cutting temperatures, part of the polyoxide mass located in the intercontact spaces undergoes sublimation - it passes from a solid state to a gaseous state. The resulting gaseous state has better dielectric characteristics compared to a polyoxide solid mass. Gaseous polyoxide has low dielectric loss and low relative permittivity. With a decrease in the composition of gaseous hydrogen polyoxide and hydrogen-containing compounds, its properties as a screen against intermolecular interaction of rubbing contact surfaces increase. This is due to a decrease in such a gaseous polyoxide state of dielectric loss and the relative permittivity. The appearance of a gaseous oxide substance in the intercontact space leads to the most significant decrease in the intermolecular interaction between the contact surfaces of the carbide cutting tool and the processed materials and, accordingly, to a decrease in adhesive wear and an increase in wear resistance.
Процесс перехода полиоксида межконтактного пространства в газообразное состояние при резании сталей и сплавов осуществляется периодически после достижения в его пленочной структуре надлежащего состава и степени стехиометрии. Необходимый состав и степень стехиометрии в полиоксидной массе достигаются в результате двух процессов: постепенного окисления за счет кислорода окружающей газовой среды и вследствие фазообразующих и восстановительных влияний на полиоксидную массу водорода, поступающего в зоны контакта из объемных слоев твердого сплава. После достижения оптимального состава и структурного состояния полиоксидная масса в большей или в меньшей степени подвергается сублимации и выполняет экранирующую роль. Часть полиоксида, которая после сублимации подвергается мгновенной конденсации, выполняет роль твердой смазки для контактных поверхностей. Остающаяся на подложках - контактных поверхностях полиоксидная химически активная масса, приобретает, как правило, после процесса сублимации развитую пористую структуру и выполняет роль затравки и катализатора для возобновления образования в зонах контакта диссипативных полиоксидных структур. При этом молекулы кислорода окружающей газовой среды проходят через поры оставшейся на подложках полиоксидной массы, подвергаются атомизации и проникают в поверхностную твердосплавную структуру. В процессе такого инициированного окисления контактных поверхностей твердосплавного режущего инструмента формируется новая оксидная масса.The process of transition of intercontact space polyoxide into a gaseous state when cutting steels and alloys is carried out periodically after the achievement of the proper composition and degree of stoichiometry in its film structure. The necessary composition and degree of stoichiometry in the polyoxide mass are achieved as a result of two processes: gradual oxidation due to oxygen of the surrounding gas medium and due to phase-forming and reducing effects on the polyoxide mass of hydrogen entering the contact zones from the bulk layers of the hard alloy. After reaching the optimal composition and structural state, the polyoxide mass is more or less subjected to sublimation and performs a screening role. Part of the polyoxide, which undergoes instant condensation after sublimation, acts as a solid lubricant for contact surfaces. The polyoxide chemically active mass remaining on the substrates — contact surfaces — acquires, as a rule, a developed porous structure after the sublimation process and acts as a seed and catalyst to resume the formation of dissipative polyoxide structures in the contact zones. In this case, the oxygen molecules of the surrounding gas medium pass through the pores of the polyoxide mass remaining on the substrates, undergo atomization, and penetrate the surface carbide structure. In the process of such an initiated oxidation of the contact surfaces of the carbide cutting tool, a new oxide mass is formed.
Эффективность выполнения роли экрана против межмолекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей у сублимированной полиоксидной газовой атмосферы возрастает с увеличением создаваемого ею давления в межконтактном пространстве. Водород, входящий в состав поверхностных полиоксидов, вступает в реакции с элементами и комплексами полиоксида, и данным действием препятствует интенсивному переходу полиоксида в газообразное состояние. Это приводит к тому, что газовое давление образующейся полиоксидной среды не достигает достаточно высокого уровня. Вследствие этого эффективность сублимированной полиоксидной газовой атмосферы при выполнении ею роли экрана против межмолекулярного взаимодействия остается недостаточно высокой.The effectiveness of the role of the screen against the intermolecular interaction of the contacting surfaces in a sublimated polyoxide gas atmosphere increases with an increase in the pressure created by it in the intercontact space. Hydrogen, which is part of surface polyoxides, reacts with elements and complexes of the polyoxide, and this action prevents the intensive transition of the polyoxide into a gaseous state. This leads to the fact that the gas pressure of the resulting polyoxide medium does not reach a sufficiently high level. As a result, the effectiveness of the sublimated polyoxide gas atmosphere when it plays the role of a screen against intermolecular interaction remains insufficiently high.
Весь процесс образования полиоксидной массы, ее сублимации, частичной конденсации, выполнение роли экрана против межмолекулярного взаимодействия контактных поверхностей и смазочных функций, а также каждое последующее возобновление окисления твердосплавных контактных поверхностей происходит непрерывно.The whole process of formation of the polyoxide mass, its sublimation, partial condensation, the role of the screen against the intermolecular interaction of contact surfaces and lubricating functions, as well as each subsequent renewal of oxidation of carbide contact surfaces occurs continuously.
Отличительной особенностью образования и эффективного функционирования в зонах контакта сублимированного газообразного состояния полиоксидов, направленное на обеспечение экранирования межмолекулярного взаимодействия, является его низкая относительная диэлектрическая проницаемость. Это обусловлено тем, что газообразный сублимат имеет высокие диэлектрические характеристики и только в незначительной степени подвергается поляризации. С ростом температуры, например до температуры, равной оптимальной температуре резания и несколько выше этой температуры, уровень поляризации существенно снижается.A distinctive feature of the formation and effective functioning in the contact zones of the sublimated gaseous state of polyoxides, aimed at providing shielding of intermolecular interaction, is its low relative permittivity. This is due to the fact that gaseous sublimate has high dielectric characteristics and is only slightly polarized. With increasing temperature, for example, to a temperature equal to the optimum cutting temperature and slightly above this temperature, the level of polarization decreases significantly.
Основными элементами, содержащимися в структуре твердых сплавов и диффундирующими в зоны контакта режущего и обрабатываемого материалов, являются водород и кислород. Данные элементы внутренней структуры, наряду с кислородом и другими элементами окружающей газовой атмосферы, принимают активное участие в формировании межконтактной полиоксидной структуры. В свою очередь элементный и фазовый состав межконтактного полиоксидного образования оказывает большое влияние на ее диэлектрические характеристики и относительную диэлектрическую проницаемость, определяющую экранирующие свойства против межмолекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей. С уменьшением величины относительной диэлектрической проницаемости экранирующие свойства улучшаются.The main elements contained in the structure of hard alloys and diffusing into the contact zones of the cutting and processed materials are hydrogen and oxygen. These elements of the internal structure, along with oxygen and other elements of the surrounding gas atmosphere, take an active part in the formation of intercontact polyoxide structure. In turn, the elemental and phase composition of the intercontact polyoxide formation has a great influence on its dielectric characteristics and relative permittivity, which determines the shielding properties against the intermolecular interaction of the contacting surfaces. With a decrease in the relative permittivity, the shielding properties are improved.
Водород оказывает большое влияние как на формирование самой поверхностной и приповерхностной структуры твердого сплава, так и на процессы, развивающиеся в зонах взаимодействия инструментального и обрабатываемого материалов в процессе резания. Насыщение твердого сплава водородом происходит как на этапе приготовления его составляющих компонентов (карбидных зерен и кобальтового порошка), так и на этапе спекания композита, осуществляющегося в водородосодержащей среде. Причем основная масса адсорбируемого твердым сплавом группы применяемости К водорода накапливается как на поверхности, так и в объемных слоях структуры. Вначале молекулы водорода адсорбируются наиболее активными в химическом отношении участками рельефа поверхности и приповерхностной области формовки твердого сплава, принадлежащими, в том числе, карбидным зернам, кобальтовой прослойке и межфазным границам. Затем, за счет диффузии, водород проникает в приповерхностные слои спекаемой композиции. К субъектам поверхностной и приповерхностной структуры спекаемых формовок, на которых в первую очередь происходит значительная адсорбция молекул водорода, относится пространство сообщающихся и закрытых пор, а также поверхности, на границах которых происходит резкое изменение свойств структуры и в том числе: плотности, пористости, действующих внутренних напряжений. Наиболее высокая концентрация пор и трещин содержится в структуре карбидных зерен и межфазном пространстве. Кобальтовая прослойка содержит в основном высокую концентрацию коротких ветвящихся трещин. Пористая система в карбидной структуре формируется при высокотемпературной обработке порошка вольфрама в процессе насыщения его углеродной компонентой. Система трещин у карбидных и кобальтовых частиц образуется на этапах их размола в шаровой мельнице. Процесс насыщения водородом при спекании может сопровождаться как образованием новых систем пор и трещин, так и их аннигиляцией.Hydrogen has a great influence both on the formation of the surface and near-surface structure of the hard alloy, and on the processes developing in the zones of interaction of the tool and the processed materials during the cutting process. Saturation of a solid alloy with hydrogen occurs both at the stage of preparation of its constituent components (carbide grains and cobalt powder), and at the stage of sintering of the composite carried out in a hydrogen-containing medium. Moreover, the bulk of the group of applicability of K adsorbed by the hard alloy to hydrogen accumulates both on the surface and in the bulk layers of the structure. Initially, hydrogen molecules are adsorbed by the chemically most active regions of the surface topography and the surface region of the formation of hard alloys, including carbide grains, a cobalt interlayer, and interphase boundaries. Then, due to diffusion, hydrogen penetrates into the surface layers of the sintered composition. Subjects of the surface and near-surface structure of sintered moldings, on which significant adsorption of hydrogen molecules primarily occurs, includes the space of communicating and closed pores, as well as surfaces at the boundaries of which there is a sharp change in the properties of the structure, including: density, porosity, internal stresses. The highest concentration of pores and cracks is contained in the structure of carbide grains and interfacial space. The cobalt layer contains mainly a high concentration of short branching cracks. The porous system in the carbide structure is formed during the high-temperature treatment of tungsten powder in the process of saturation with its carbon component. A system of cracks in carbide and cobalt particles is formed at the stages of their grinding in a ball mill. The process of saturation with hydrogen during sintering can be accompanied by the formation of new systems of pores and cracks, as well as their annihilation.
Кислород проникает во внутреннюю структуру компонентов твердых сплавов в основном на этапе их приготовления. Такими процессами являются получение порошков вольфрама и кобальта в результате восстановления оксидов, получение карбида вольфрама, размол порошков. В результате протекания процесса восстановления в не оптимальной форме и в образующемся карбиде вольфрама и в металлическом кобальте может содержаться некоторая остаточная концентрация кислорода. При последующих процессах активации порошков в процессе размола содержание кислорода в компонентах будущей структуры твердого сплава может значительно увеличиться. Насыщение структуры компонентов кислородом, во всех случаях, может происходить только за счет адсорбционных процессов.Oxygen penetrates the internal structure of the components of hard alloys mainly at the stage of their preparation. Such processes are the production of tungsten and cobalt powders as a result of the reduction of oxides, the production of tungsten carbide, and the grinding of powders. As a result of the reduction process in an unsatisfactory form, some residual oxygen concentration may be contained in the resulting tungsten carbide and in metal cobalt. In subsequent processes of activation of powders during the grinding process, the oxygen content in the components of the future structure of the hard alloy can significantly increase. The saturation of the structure of the components with oxygen, in all cases, can occur only due to adsorption processes.
В общем, с уменьшением относительной диэлектрической проницаемости полиоксидной массы, полученной при окислении твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К их износостойкость при обработке сталей и сплавов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает. Состав и свойства полиоксидной массы, полученной при окислении, подобен полиоксидной массе, функционирующей в межконтактных пространствах. Вследствие этого между износостойкостью твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К и относительной диэлектрической проницаемостью полиоксидов, полученных при окислении образцов из испытанных режущих инструментов, существует достаточно тесная корреляционная связь.In general, with a decrease in the relative dielectric constant of the polyoxide mass obtained by the oxidation of carbide cutting tools of the applicability group K, their wear resistance increases when machining steels and alloys that cause intense adhesive wear. The composition and properties of the polyoxide mass obtained by oxidation are similar to the polyoxide mass functioning in the intercontact spaces. As a result of this, there is a fairly close correlation between the wear resistance of carbide cutting tools of the applicability group K and the relative dielectric constant of polyoxides obtained during the oxidation of samples from tested cutting tools.
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 величиной относительной диэлектрической проницаемости полиоксидной массы, сформированной на данных режущих инструментах, и их эксплуатационными характеристиками наблюдается также устойчивая корреляционная связь. И для данных инструментальных материалов соблюдается правило: с уменьшением относительной диэлектрической проницаемости полиоксидной массы, сформированной при окислении, износостойкость твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов возрастает. Соответственно предлагаемый способ прогнозирования для оценки их эксплуатационных характеристик также применим.A significant feature of the proposed method is that in accordance with its methods, without additional costs and technical difficulties, it seems possible to conduct a more objective and accurate assessment of wear resistance due to the on-line analysis and comparison of current controlled and reference parameters obtained in a wide range of cutting conditions and cutting temperatures . The properties of carbide cutting tools of the applicability group K are greatly influenced by wear-resistant coatings. A stable correlation is also observed between the relative dielectric constant of the polyoxide mass formed on these cutting tools and their operational characteristics. And for these tool materials, the rule is observed: with a decrease in the relative dielectric constant of the polyoxide mass formed during oxidation, the wear resistance of the carbide group of applicability of K cutting tools increases. Accordingly, the proposed forecasting method for evaluating their operational characteristics is also applicable.
Реализация способа производится, последовательно проходя несколько этапов. Сначала твердосплавные режущие инструменты (режущие пластины) подвергают испытанию в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. После испытаний на износостойкость режущие инструменты тщательно очищают, помещают в электрическую муфельную печь, например ПМ-12, и подвергают окислению при температуре, равной примерно средней температуре, при которой производится эксплуатация режущих инструментов (соответствующей оптимальной скорости резания). Продолжительность процесса окисления при заданной температуре составляет 0,5-1 час. При меньшем содержании кобальта в твердом сплаве берется меньшая продолжительность окисления, а при большем содержании кобальта - большая продолжительность окисления указанного диапазона. После выдержки, в течение принятого времени окисления, печь отключается и остывает естественным путем. Затем от извлеченных из печи режущих инструментов отделяют сформировавшуюся в процессе окисления полиоксидную структуру (окалину), измельчают ее и делают из порошка равные навески, например по 10-20 г. После этого навески по очереди помещают в специальную диэлектрическую ячейку, оснащенную электродами из меди. Ячейку, как своеобразный конденсатор с полиоксидной массой, помещают между изолирующими пластинами в специальное сжимающее приспособление. С помощью динамометра регистрируют давление, оказываемое на полиоксидную массу, которое должно составлять 0,10±,01 кг/мм2. Ячейку подключают в измерительную электрическую цепь переменного тока и определяют электрическую емкость полиоксидной массы. Измерение электрической емкости производили при частоте переменного тока 1000 Гц.The implementation of the method is carried out through several stages. First, carbide cutting tools (cutting inserts) are tested during cutting of materials that cause intense adhesive wear. After wear resistance tests, the cutting tools are thoroughly cleaned, placed in an electric muffle furnace, such as PM-12, and subjected to oxidation at a temperature equal to approximately the average temperature at which the cutting tools are operated (corresponding to the optimal cutting speed). The duration of the oxidation process at a given temperature is 0.5-1 hours. With a lower cobalt content in the hard alloy, a shorter oxidation time is taken, and with a higher cobalt content, a longer oxidation time of the indicated range is taken. After exposure, during the accepted oxidation time, the furnace is turned off and cools naturally. Then, the polyoxide structure (scale) formed during the oxidation process is separated from the cutting tools removed from the furnace, it is crushed and equal weights are made of powder, for example, 10-20 g. After that, weights are placed in a special dielectric cell equipped with copper electrodes. The cell, as a kind of capacitor with a polyoxide mass, is placed between the insulating plates in a special compression device. Using a dynamometer record the pressure exerted on the polyoxide mass, which should be 0.10 ±, 01 kg / mm 2 . The cell is connected to a measuring electric circuit of alternating current and determine the electrical capacity of the polyoxide mass. The electric capacitance was measured at an alternating current frequency of 1000 Hz.
Ячейка с полиоксидной массой между электродами изображена на фиг. 2, где 1 и 9 - губки специального сжимающего устройства (тисков); 2 - динамометр; 3 и 8 - изоляционный материал из алунда (оксида алюминия); 4 и 7 медные электроды - пуансоны; 6 - изоляционное кольцо из алунда; 5 - полиоксидная масса. Измерение емкости производится с помощью измерителя емкости, индуктивности и омического сопротивления Е7-8.A cell with a polyoxide mass between the electrodes is shown in FIG. 2, where 1 and 9 are the lips of a special compression device (vise); 2 - dynamometer; 3 and 8 - insulating material from alunda (aluminum oxide); 4 and 7 copper electrodes - punches; 6 - an insulating ring from alunda; 5 - polyoxide mass. Capacitance measurement is performed using a capacitance, inductance and ohmic resistance meter E7-8.
Величину относительной диэлектрической проницаемости, у полиоксидных образцов определяли по известной формуле (см., например Рене В.Т. Электрические конденсаторы. Л.: Энергия, 1959, 590 с.), на основании полученных при измерениях величин электрической емкости.The value of the relative dielectric constant for polyoxide samples was determined by the well-known formula (see, for example, Rene V.T. Electric capacitors. L .: Energia, 1959, 590 p.), Based on the values of electric capacitance obtained from measurements.
Где С - электрическая емкость исследуемой полиоксидной структуры у образцов, полученной с помощью прибора Е7-8 в пикофарадах,Where C is the electric capacitance of the studied polyoxide structure in samples obtained using the E7-8 device in picofarads,
Н - толщина слоя полиоксидной структуры между медными электродами в миллиметрах.H is the thickness of the layer of the polyoxide structure between the copper electrodes in millimeters.
ε0 - электрическая постоянная,ε 0 is the electric constant,
S - площадь электродов, мм2.S is the area of the electrodes, mm 2 .
Толщина спрессованной полиоксидной массы определяется после, соответственно, измерения у нее электрической емкости и разбора ячейки. Измерение толщины спрессованной полиоксидной массы производили с помощью длинномера.The thickness of the pressed polyoxide mass is determined after, respectively, measuring her electrical capacitance and parsing the cell. The thickness measurement of the pressed polyoxide mass was carried out using a length meter.
По результатам определения износостойкости режущих инструментов группы применяемости К при обработке хромоникелевой стали аустенитного класса, вызывающей интенсивный адгезионный износ, и на основании полученной при измерении электрической емкости и последующего вычисления величины относительной диэлектрической проницаемости строится график зависимости величины износостойкости, выраженной во времени безотказной работы режущего инструмента до установленного критерия затупления от величины относительной диэлектрической проницаемости полиоксидной структуры: «износостойкость - относительная диэлектрическая проницаемость».Based on the results of determining the wear resistance of the cutting tools of the applicability group K when processing austenitic chromium-nickel steel, which causes intense adhesive wear, and based on the measured electrical capacitance and the subsequent calculation of the relative dielectric constant, a graph of the dependence of the wear resistance, expressed in terms of uptime of the cutting tool to established blunting criterion on the relative dielectric constant emosti polyoxide structure "durability - the relative permittivity."
Способ определения электрической емкости отличается простотой и высокой точностью. Время от взвешивания полиоксидной массы до получения данных по емкости составляет 3-4 мин.The method for determining the electrical capacitance is simple and high precision. The time from weighing the polyoxide mass to receiving capacity data is 3-4 minutes.
С уменьшением величины относительной диэлектрической проницаемости износостойкость твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов при обработке материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает.With a decrease in the relative dielectric constant, the wear resistance of carbide applicability groups of K cutting tools in the processing of materials that cause intense adhesive wear increases.
В общем 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 режущей пластины, определяют средние значения износостойкости для режущих пластин для каждой выборки, производят очистку образов, помещают образцы в открытую муфельную электрическую печь, подвергают их окислению, после естественного охлаждения извлекают образцы из печи и отделяют от них полиоксидные образования (окалину). Берут навеску окалины весом 10-20 г и помещают между электродами -пуансонами. После создания давления на полиоксидную массу величиной примерно 0,1±0,01 кг/мм2 подключается прибор Е7-8 и производится измерение ее емкости. После измерения толщины спрессованной полиоксидной массы и определения по формуле (3) величины относительной диэлектрической проницаемости для обеих выборок строится зависимость «износостойкость - относительная диэлектрическая проницаемость». Затем прогнозирование износостойкости у поставляемой следующей партии твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К производят без испытания их в процессе резания, а только по значению у их полиоксидных масс, полученных при окислении, величины относительной диэлектрической проницаемости. При этом с уменьшением величины относительной диэлектрической проницаемости износостойкость режущих инструментов возрастает. Для прогнозирования износостойкости используют зависимость (1), а также пользуются графиком зависимости «износостойкость - относительная диэлектрическая проницаемость», полученным ранее при испытании - прогнозировании износостойкости первых (эталонных) партий твердосплавных режущих инструментов.In general, 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 cutting insert, and determine the average wear resistance for cutting inserts for each sample, clean the images, place the samples in an open muffle electric whose, they are subjected to oxidation, after natural cooling, samples are taken from the furnace and polyoxide formations (scale) are separated from them. Take a sample of scale weighing 10-20 g and placed between the electrodes-punches. After creating pressure on the polyoxide mass of approximately 0.1 ± 0.01 kg / mm 2 , the E7-8 device is connected and its capacity is measured. After measuring the thickness of the pressed polyoxide mass and determining the relative dielectric constant by formula (3), the dependence “wear resistance - relative dielectric constant” is constructed for both samples. Then, the prediction of the wear resistance of the next batch of carbide cutting tools of the applicability group K supplied is carried out without testing them during the cutting process, and only by the value of their relative dielectric constant for their polyoxide masses obtained during oxidation. Moreover, with a decrease in the relative dielectric constant, the wear resistance of cutting tools increases. To predict the wear resistance, dependence (1) is used, and they also use the graph of the dependence "wear resistance - relative dielectric constant", obtained earlier in the test - predict the wear resistance of the first (reference) batches of carbide cutting tools.
На фиг. 1 представлена эталонная зависимость «износостойкость - относительная диэлектрическая проницаемость», 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 “wear resistance - relative dielectric constant”, on the basis of which the wear resistance of carbide group of applicability to the cutting inserts K is made, when they cut materials that cause intense adhesive wear.
На фиг. 2 представлена схема измерения у полиоксидной массы величины относительной диэлектрической проницаемости.In FIG. 2 is a diagram of a measurement of the relative dielectric constant of a polyoxide mass.
Диэлектрические свойства структуры полиоксидной массы отражают все особенности изготовления твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К, соотношение составляющих компонентов, наличие примесей и в том числе кислорода и водорода и т.д. Величина относительной диэлектрической проницаемости отражает свойства полиоксидной массы и тесно связана с износостойкостью режущих инструментов.The dielectric properties of the structure of the polyoxide mass reflect all the features of the manufacture of carbide cutting tools of applicability group K, the ratio of constituent components, the presence of impurities, including oxygen and hydrogen, etc. The value of the relative dielectric constant reflects the properties of the polyoxide mass and is closely related to the wear resistance of cutting tools.
Пример осуществления способа прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Сначала полученные при выборке две партии, (принятые в качестве эталонных) в количестве по 10 штук каждая, твердосплавных режущих пластин группы применяемости К марки ВК8 подвергались испытаниям на износостойкость на токарно-винторезном станке модели 163. В качестве обрабатываемого материала использовалась хромоникелевая аустенитная сталь 12Х18Н10Т. Скорость резания при испытаниях выбиралась равной 70 м/мин. Подача и глубина резания принимались соответственно 0,23 мм/об и 1,5 мм. Резание осуществлялось без охлаждения. За критерий затупления принимался износ режущей пластины по задней поверхности, равный 0,5 мм.An example of a method for predicting the wear resistance of carbide cutting tools. First, two batches obtained during sampling (accepted as reference) in an amount of 10 pieces each, carbide cutting inserts of the applicability group K of the VK8 brand were tested for wear resistance on a model 163 screw-cutting lathe. As a processed material, 12X18H10T austenitic chromium-nickel steel was used. The cutting speed during the tests was chosen equal to 70 m / min. The feed rate and depth of cut were respectively 0.23 mm / rev and 1.5 mm. Cutting was carried out without cooling. As a blunting criterion, the wear of the cutting insert along the rear surface equal to 0.5 mm was taken.
Стойкость (Т1i) для образцов из 10 штук первой эталонной партии составила: 20,4; 22,7; 23,5; 24,6; 25,7; 26,5; 27,4; 28,2; 29,0; 30,1, мин. Среднее значение стойкости составило 28,81 мин.Resistance (T 1i ) for samples of 10 pieces of the first reference batch was: 20.4; 22.7; 23.5; 24.6; 25.7; 26.5; 27.4; 28.2; 29.0; 30.1 minutes The average resistance value was 28.81 minutes.
Стойкость (Т2i) для образцов из 10 штук второй эталонной партии составила: 21,2; 21,8; 22,6; 23,8; 24,4; 25,7; 26,3; 27,4; 28,7; 29,5, мин. Среднее значение стойкости составило 25,14 мин.Resistance (T 2i ) for samples of 10 pieces of the second reference batch was: 21.2; 21.8; 22.6; 23.8; 24.4; 25.7; 26.3; 27.4; 28.7; 29.5 minutes The average resistance value was 25.14 minutes.
Затем испытанные твердосплавные пластины после химической очистки в ультразвуковой ванне и сушки помещались в электрическую муфельную печь с открытым доступом атмосферного воздуха и подвергались окислению. Печь нагревалась до температуры 850°C, при этой температуре делалась выдержка в течение 1,5 часа, затем печь отключалась и естественным образом охлаждалась. После охлаждения сформированные на поверхности режущих инструментов полиоксидные образования (окалина) отделялись от твердосплавного основания, измельчались, взвешивались и помещались в специальные диэлектрические алундовые ячейки, оснащенные медными электродами. Диаметр внутренней цилиндрической полости у ячеек составлял 32,2 мм. Диаметр медных электродов составлял 32,0 мм. Вес полиоксидных образцов составлял 10 г. После этого полиоксидные ячейки поочередно включались в электрическую цепь с измерителем емкости, индуктивности и омического сопротивления Е 7-8. Измерения осуществляли при переменном напряжении 220 В с частотой 1000 Гц. При измерениях электрической емкости полиоксидная масса в ячейке находилась под давлением 0, 1 кг/мм2. Для создания давления и его контроля ячейка помещалась в специальное приспособление типа тисков, оснащенное динамометром. Нагрузка на полиоксидную массу осуществлялась через сжимаемые в тисках электроды, выполняющие в данном случае роль пуансонов. Эталонный динамометр устанавливался между одной из губок сжимающего приспособления - тисков и одним из электродов - пуансоном. Величина относительной диэлектрической проницаемости (ε) вычислялась по полученным в результате измерений емкостям полиоксидных масс в навесках в соответствии с формулой (3).Then, the tested carbide plates after chemical cleaning in an ultrasonic bath and drying were placed in an electric muffle furnace with open access to atmospheric air and subjected to oxidation. The furnace was heated to a temperature of 850 ° C, at this temperature, exposure was made for 1.5 hours, then the furnace was turned off and naturally cooled. After cooling, the polyoxide formations (dross) formed on the surface of the cutting tools were separated from the carbide base, crushed, weighed, and placed in special dielectric alundum cells equipped with copper electrodes. The diameter of the inner cylindrical cavity in the cells was 32.2 mm. The diameter of the copper electrodes was 32.0 mm. The weight of the polyoxide samples was 10 g. After this, the polyoxide cells were alternately connected to the electric circuit with a capacitance, inductance and ohmic resistance meter E 7-8. The measurements were carried out at an alternating voltage of 220 V with a frequency of 1000 Hz. When measuring the electrical capacitance, the polyoxide mass in the cell was under a pressure of 0.1 kg / mm 2 . To create pressure and control it, the cell was placed in a special device such as a vise, equipped with a dynamometer. The load on the polyoxide mass was carried out through compressible electrodes in a vice, which in this case play the role of punches. The reference dynamometer was installed between one of the jaws of the compression device - a vice and one of the electrodes - a punch. The value of the relative permittivity (ε) was calculated from the capacities of polyoxide masses obtained in the measurements as a result of the measurements in samples in accordance with formula (3).
Относительная диэлектрическая проницаемость (ε) полиоксидных образцов у навесок, в соответствии с показанным выше порядком износостойкости режущих инструментов для первой партии, составила: 7,9; 7,4; 7,2; 6,8; 6,4; 6,1; 5,7; 5,3; 4,8; 4,5. Среднее значение относительной диэлектрической проницаемости составило 6,21.The relative dielectric constant (ε) of the polyoxide samples at the attachments, in accordance with the above procedure for the wear resistance of cutting tools for the first batch, was: 7.9; 7.4; 7.2; 6.8; 6.4; 6.1; 5.7; 5.3; 4.8; 4,5. The average value of the relative dielectric constant was 6.21.
Относительная диэлектрическая проницаемость (ε) полиоксидных образцов у навесок, в соответствии с показанным выше порядком износостойкости режущих инструментов для второй партии, составила: 9,4; 8,9; 8,6; 8,4; 8,1; 7,8; 7,4; 7,0; 6,7; 6,3. Среднее значение относительной диэлектрической проницаемости составило 7,86.The relative dielectric constant (ε) of the polyoxide samples at the attachments, in accordance with the above procedure for the wear resistance of cutting tools for the second batch, was: 9.4; 8.9; 8.6; 8.4; 8.1; 7.8; 7.4; 7.0; 6.7; 6.3. The average value of the relative dielectric constant was 7.86.
На основании полученных ранее результатов по определению износостойкости твердосплавных режущих пластин (Тмин) и значений величины относительной диэлектрической проницаемости строится график зависимости «износостойкость - Т - относительная диэлектрическая проницаемость полиоксидной массы - ε».Based on the results obtained earlier on determining the wear resistance of carbide cutting inserts (T min ) and the values of the relative dielectric constant, a graph of the dependence "wear resistance - T - relative dielectric constant of the polyoxide mass - ε" is constructed.
На фиг. 1 представлена зависимость износостойкости режущих пластин из ВК8 группы применяемости К, соответственно, для выборок 1 и 2 при обработки ими хромоникелевой стали аустенитного класса 12Х18Н10Т от величины относительной диэлектрической проницаемости полиоксидной массы - ε.In FIG. Figure 1 shows the dependence of the wear resistance of cutting inserts from VK8 of the applicability group K, respectively, for
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 относительной диэлектрической проницаемости. Так, например, при прогнозировании износостойкости у очередной партии твердосплавных режущих пластин группы применяемости К с помощью определения относительной диэлектрической проницаемости были получены следующие значения величины относительной диэлектрической проницаемости для полиоксидных структур, полученных из твердосплавных пластин: 8,8; 8,4; 7,9; 7,6; 7,2; 6,8; 6,5; 6,2; 5,8; 5,4. Среднее значение из полученных данных составило 7,06. В соответствии с вышеприведенными формулами определяют aЭ и bЭ.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 relative permittivity values are tested. So, for example, when predicting the wear resistance of the next batch of carbide cutting inserts of the applicability group K, the following values of the relative dielectric constant for polyoxide structures obtained from carbide inserts were obtained by determining the relative dielectric constant: 8.8; 8.4; 7.9; 7.6; 7.2; 6.8; 6.5; 6.2; 5.8; 5.4. The average value from the obtained data was 7.06. In accordance with the above formulas define a e and b e.
aЭ=0,4; bЭ=28,33,a E = 0.4; b e = 28.33,
после этого определяют Тпт then determine T pt
Тпт=25,51 мин.T fr = 25.51 min.
Таким образом, прогнозируемая средняя износостойкость у текущей партии твердосплавных режущих пластин составила 26,95 мин. Контрольные испытания износостойкости в процессе резания на металлорежущем станке показали следующие результаты по износостойкости: 20,6; 23,0; 24,0; 24,8; 25,9; 26,7; 27,6; 28,5; 29,1; 30,4: мин. Среднее значение составило 26,06 мин.Thus, the predicted average wear resistance of the current batch of carbide cutting inserts was 26.95 minutes. Control tests of wear resistance during cutting on a metal cutting machine showed the following results on wear resistance: 20.6; 23.0; 24.0; 24.8; 25.9; 26.7; 27.6; 28.5; 29.1; 30.4: min The average value was 26.06 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 износостойкостью твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К, проявляющейся при обработке материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, и относительной диэлектрической применяемостью их полиоксидной структуры, формируемой на поверхности при окислении в электрической муфельной печи с открытым доступом атмосферного воздуха. Степень корреляционной связи между величиной износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов и относительной диэлектрической проницаемостью полиоксидной структуры r=0,88. Степень корреляционной связи между исходным параметром и износостойкостью режущих пластин в соответствии с прототипом составила r=0,74. При сравнении данных прогноза износостойкости, полученных в соответствии с прототипом, по предлагаемому способу, а также в результате контрольных экспериментальных исследований износостойкости, выполненных в процессе резания хромоникелевой стали аустенитного класса, выявлено, что результаты, полученные в соответствии с прототипом, отличаются от контрольных испытаний на 15-20%, в то время как результаты, полученные по предлагаемому способу, отличаются лишь на 5-10%.When predicting wear resistance for the current batch of carbide tools, there is no need for expensive and time-consuming wear tests conducted on metal cutting machines. The method has a high forecast accuracy. This is due to the close correlation between the wear resistance of carbide cutting tools of applicability group K, which manifests itself in the processing of materials that cause intense adhesive wear, and the relative dielectric applicability of their polyoxide structure formed on the surface during oxidation in an electric muffle furnace with open access to atmospheric air. The degree of correlation between the wear resistance of carbide group of applicability K of cutting tools and the relative dielectric constant of the polyoxide structure 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 was r = 0.74. When comparing the data on the forecast of wear resistance, obtained in accordance with the prototype, according to the proposed method, as well as as a result of control experimental studies of wear resistance, performed in the process of cutting chromium-nickel steel of the austenitic class, it was found that the results obtained in accordance with the prototype differ from control tests on 15-20%, while the results obtained by the proposed method differ by only 5-10%.
Таким образом, предлагаемый способ контроля - прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов может быть использован с достаточно высокой экономической эффективностью на предприятиях, изготавливающих или потребляющих твердосплавную продукцию.Thus, the proposed control method - predicting the wear resistance of carbide cutting tools can be used with sufficiently high economic efficiency in enterprises manufacturing or consuming carbide products.
Claims (3)
ТПТ=-аЭ·εПТ+bЭ,
где аЭ и bЭ - постоянные коэффициенты:
из них:
ТПТ - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов, подвергшихся испытаниям, из прогнозируемой текущей партии твердосплавной продукции;
εПТ - текущее значение выбранного исходного параметра, полученное при контроле полиоксидной структуры твердосплавных режущих инструментов из текущей - прогнозируемой партии твердосплавной продукции;
ТЭ1 и ТЭ2 - износостойкость в минутах для двух независимых выборок сменных твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;
εЭ1 и εЭ2 - средние значения величин выбранного исходного параметра, полученные при контроле полиоксидной структуры для двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов, из эталонной партии продукции,
отличающийся тем, что в качестве исходного параметра используют величину относительной диэлектрической проницаемости полиоксидной массы, 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 group K of cutting tools according to the selected initial parameter, including testing for changing the value of the initial parameter from the properties of the surface and surface structures formed in the manufacturing process of carbide cutting material, conducting reference tests for wear resistance in the process of cutting materials, causing intense adhesive wear at an optimal or close cutting speed, building a standard oh - correlation "wear - original parameter" statistical control only parameter values starting from the current batch of carbide cutting tools, wear forecast for the current batch of carbide tools on the basis of the relationship:
Т ПТ = -а Э · ε ПТ + b Э ,
where a E and b E are constant coefficients:
of them:
T PT - the current wear resistance in minutes for carbide cutting tools that have been tested, from the projected current batch of carbide products;
ε PT - the current value of the selected initial parameter obtained by monitoring the polyoxide structure of carbide cutting tools from the current - predicted batch of carbide products;
T E1 and T E2 - wear resistance in minutes for two independent samples of interchangeable carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;
ε E1 and ε E2 are the average values of the values of the selected initial parameter obtained by controlling the polyoxide structure for two samples of carbide cutting tools samples from the reference batch of products,
characterized in that the initial parameter is used the value of the relative dielectric constant of the polyoxide mass obtained by oxidation of carbide cutting tools, with a decrease in which the wear resistance of carbide cutting tools, group of applicability K increases.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015117351/28A RU2591874C1 (en) | 2015-05-06 | 2015-05-06 | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015117351/28A RU2591874C1 (en) | 2015-05-06 | 2015-05-06 | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2591874C1 true RU2591874C1 (en) | 2016-07-20 |
Family
ID=56412726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015117351/28A RU2591874C1 (en) | 2015-05-06 | 2015-05-06 | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2591874C1 (en) |
Cited By (1)
| 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 (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2209413C1 (en) * | 2001-12-17 | 2003-07-27 | Томский государственный архитектурно-строительный университет | Procedure predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools |
| RU2260786C1 (en) * | 2004-08-13 | 2005-09-20 | Томский политехнический университет | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools |
| RU2459192C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools |
-
2015
- 2015-05-06 RU RU2015117351/28A patent/RU2591874C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2209413C1 (en) * | 2001-12-17 | 2003-07-27 | Томский государственный архитектурно-строительный университет | Procedure predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools |
| RU2260786C1 (en) * | 2004-08-13 | 2005-09-20 | Томский политехнический университет | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools |
| RU2459192C1 (en) * | 2011-02-22 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools |
Cited By (1)
| 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 |
|---|---|---|
| Nazarov et al. | Application of Volta potential mapping to determine metal surface defects | |
| Vourna et al. | A novel approach of accurately evaluating residual stress and microstructure of welded electrical steels | |
| Pereira Neto et al. | Wear and corrosion study of plasma nitriding F53 super duplex stainless steel | |
| RU2370750C1 (en) | Method of forecasting wear resistance of cemented-carbide cutting tool | |
| RU2653775C1 (en) | Method of pipeline corrosion monitoring | |
| RU2459192C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2422800C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2591874C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Li et al. | Melting curve of NaCl to 20 GPa from electrical measurements of capacitive current | |
| 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 | |
| RU2596864C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Shepelenko et al. | Recovery, recrystallization and diffusion in cold-rolled Ni | |
| Koury et al. | Study of the corrosion of austenitic stainless steel D9 in Lead–Bismuth Eutectic (LBE): Extension of the Available Space Model to a ternary alloy | |
| RU2534730C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Vasechko et al. | Mechanical properties of porous ITM alloy | |
| RU2584275C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2251095C1 (en) | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2541388C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2315972C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2698490C1 (en) | Method of prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2573451C1 (en) | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance | |
| RU2570367C1 (en) | Forecasting of carbide cutting tool wear resistance | |
| RU2209413C1 (en) | Procedure predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2584339C1 (en) | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170507 |