Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования-контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающие интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов осуществляют на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования-контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

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 G01N 3/58, БИ 1970, №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.

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 АС 1651155, МПК G01N 3/58, БИ 1991, №19]. Выбранным исходным параметром в данном способе является величина температуропроводности. Основным недостатком данного способа является то, что очень трудно более или менее точно определить скорость распространения тепла в материалах, в которых носителями тепла являются свободные электроны. Твердые сплавы являются такими материалами, и теплопередача у них обеспечивается за счет движения электронов. Температуропроводность всех твердых сплавов отличается на незначительную величину. Поэтому очень сложно определить флуктуации (изменяющие износостойкость) температуропроводности для одной конкретной марки твердого сплава (они практически незаметны). Последнее сопряжено с большими техническими трудностями. Должное обеспечение в этой ситуации операций контроля точными - воздействующими, регистрирующими и вспомогательными приборами и устройствами, гарантирующими необходимую точность, повлечет за собой значительное повышение себестоимости контрольных операций. Вследствие этого данный способ контроля является малоперспективным для использования как в лабораторных, так и в производственных условиях.

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:

Т ( т е к у щ е е ) , м и н = Т ( э т а л о н н о е ) , м и н τ ( э т а л о н н о е ) , п с × τ ( т е к у щ е е ) , п с ,

где Т(текущее), мин - износостойкость в минутах - среднее прогнозируемое время безаварийной работы твердосплавных режущих инструментов, подвергающихся испытаниям, из текущей партии образцов;

Т(эталонное), мин - средняя износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;

Т(эталонное), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;

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 может производить только специально подготовленный и обученный персонал. С помощью данного способа производится оценка структуры на атомном уровне, и не всегда сопоставление данных результатов с результатами, получаемыми по износостойкости приводит к точному прогнозу. Данный способ позволяет производить разбраковку - прогнозировать износостойкость твердых сплавов, близких по виду и степени дефектности структуры. Сравнение структур, сильно различающихся по виду и степени дефектности, дает достаточно заметные погрешности в прогнозе износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Вследствие этого данный способ прогнозирования износостойкости не совсем точно характеризует эксплуатационные свойства, предопределяемые степенью дефектности структуры, что в итоге снижает степень тесноты корреляционной связи между исходным параметром и износостойкостью режущих инструментов. Тем не менее данный способ контроля информативно отражает эксплуатационное состояние поверхностной структуры инструментального материала, что важно для установления связи между данной характеристикой и адгезионным износом, в большой степени зависящим от вида и степени дефектности поверхностного слоя, и мы выбираем его в качестве прототипа.

Задачей предлагаемого способа - прогнозирования износостойкости твердосплавных титан-вольфрам-кобальтовых (группа P) режущих инструментов является повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование основано на тесной корреляционной зависимости между износостойкостью и концентрацией водорода, содержащегося в поверхностной и приповерхностной структуре твердого сплава. С увеличением концентрации водорода в поверхностной и приповерхностной структуре твердых сплавов группы применяемости Р износостойкость изготовленных из этих твердых сплавов режущих инструментов при резании сталей и сплавов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, возрастает.

Поставленная задача при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р в предлагаемом способе решается путем использования выбранного исходного параметра и включает: проведение испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала, проведение эталонных испытаний твердосплавных режущих инструментов на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания, построение эталонной - корреляционной зависимости «износостойкость - исходный параметр», статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов на основании зависимости:

где aэ и bэ - постоянные коэффициенты:

из них:

ТПТ - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов, подвергшихся испытаниям, из текущей - прогнозируемой партии твердосплавной продукции;

SПТ - текущее значение выбранного исходного параметра, полученное при контроле поверхностной и приповерхностной 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;

SЭ1 и SЭ2 - средние значения величин выбранного исходного параметра, полученные при контроле поверхностной и приповерхностной структуры для двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов, из эталонной партии продукции,

отличающийся тем, что с целью повышения точности прогнозирования износостойкости в качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает.

В качестве твердосплавных режущих инструментов используют твердосплавные режущие пластины.

В качестве твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии используют твердосплавные режущие инструменты из предыдущей партии приобретенной продукции.

С помощью различных способов контроля было установлено, что основная концентрация аккумулируемого структурой твердого сплава группы применяемости Р водорода содержится на поверхности и в приповерхностных слоях.

Поверхностная и приповерхностная структура твердосплавного режущего инструмента группы применяемости Р, формирующаяся в процессе изготовления твердого сплава, оказывает большое влияние на его износостойкость. Одной из важнейших характеристик поверхностной и приповерхностной структуры, определяющей важнейшие физико-механические и эксплуатационные свойства твердосплавных режущих инструментов данной группы, является ее способность аккумулировать основную концентрацию поглощаемого твердым сплавом водорода.

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, осуществляющихся в водородосодержащей среде. Причем основная масса адсорбируемого твердым сплавом группы применяемости Р водорода накапливается на поверхности и в приповерхностном слое структуры. Вначале молекулы водорода адсорбируются наиболее активными в химическом отношении участками рельефа поверхности и приповерхностной области твердого сплава, принадлежащими в том числе карбидным зернам, кобальтовой прослойке и межфазным границам (пространству между карбидными зернами и кобальтовой прослойкой). Затем за счет диффузии водород проникает в глубинные слои твердого сплава. К субъектам поверхностной и приповерхностной структуры твердых сплавов, на которых в первую очередь происходит значительная адсорбция молекул водорода, относится пространство сообщающихся и закрытых пор, а также полости, образуемые системой коротких ветвящихся трещин. Наиболее высокая концентрация пор и трещин содержится в структуре карбидных зерен и межфазном пространстве. Кобальтовая прослойка содержит в основном высокую концентрацию коротких ветвящихся трещин. Указанные дефекты имеют макро-, мезо- и микроразмерные параметры. Пористая система возникает при высокотемпературной обработке смеси металлических порошков (титана и вольфрама) на этапе насыщения их углеродной компонентой (нефтяной сажей) - процесс карбидизации. Система трещин у карбидных и кобальтовых частиц образуется на этапах их размола в шаровой мельнице. На процессы адсорбции водорода, разложения молекул на атомы, диффузию атомов водорода в глубинные слои структуры, образование твердых растворов и гидридных соединений большое влияние оказывает электрическое поле адсорбируемой поверхности. Электрический потенциал поверхности порошков эволюционирует одновременно с преобразованием поверхностной структуры, начиная с приготовления смесей и их размола и заканчивая спеканием изготовленных формовок. Образование электрического поля на поверхности и в приповерхностной области твердосплавных материалов обусловлено неоднородностью формируемых свойств и образованием у поверхностных атомов множества оборванных валентных связей. Вместе с изменением химических, физических и механических свойств компонентов композита изменяются и электрические свойства поверхности. После захвата электрическим полем, принадлежащим поверхности твердого сплава, одна часть молекул водорода подвергается адсорбции в неизменном виде за счет слабого межмолекулярного взаимодействия (физическая адсорбция), а другая часть, размещаясь на активных центрах, диссоциирует на атомы и адсорбируется с образованием прочной химической связи (химическая адсорбция). В некоторых случаях физически адсорбированные молекулы водорода могут переходить в химически адсорбированное состояние и, наоборот, образованные в результате химической адсорбции соединения могут подвергаться распаду, а химически адсорбированный водород перейдет в состояние физической адсорбции. Первый слой водорода находится преимущественно в состоянии химической адсорбции с поверхностью карбидных зерен или кобальтовой прослойки. Второй и последующие слои связаны с поверхностью только межмолекулярными силами (адсорбируются только физически). Соотношение концентрации химически и физически адсорбированных атомов и молекул водорода в первом слое оказывает большое влияние на интенсивность последующей диффузии его в глубинные слои. Имеется некоторое оптимальное соотношение между указанными состояниями адсорбции, при котором реализуется наибольшая интенсивность диффузии. На форму адсорбции водорода оказывают влияние многие факторы и, в первую очередь, вид и степень вакансионной дефектности компонентов твердого сплава, стехиометрический состав карбидных зерен, наличие различных примесей в компонентах и т.д. При диффузии от поверхности в кристаллическую структуру глубинных слоев компонентов твердого сплава атомы водорода образуют твердые растворы и гидридные соединения. Наличие некоторых примесей, например щелочных и щелочноземельных металлов, оказывает большое влияние на свойства твердых растворов и гидридов. Их влияние может изменить также емкость поглощаемого структурой водорода, уменьшить или снизить температуру начала эффективного заполнения структуры водородом, уменьшить или увеличить температуру начала эффективной десорбции водорода из структуры, изменить скорость поглощения водорода и скорость его выделения, например выделение водорода на этапе эксплуатации режущих инструментов в пространство с пониженным давлением, размещающееся между контактными поверхностями режущего инструмента и обрабатываемым материалом (межконтактное пространство).

Величина скорости размещения физически и химически адсорбируемых слоев водорода на адсорбенте тесно связана с процессами прилипания атомов и молекул, с десорбцией водорода, а также с диффузионными перемещениями адсорбата, происходящими как на поверхности, так и направленными в глубинные слои структуры твердых сплавов. На величину электрического потенциала поверхности и интенсивность адсорбционных процессов оказывает большое влияние атомный рельеф поверхности - преимущественный выход на поверхность тех или иных кристаллографических граней карбидного зерна или металлического кобальта. С увеличением атомной шероховатости (развитости) и неоднородности рельефа потенциал электрического поля поверхности адсорбента возрастает и, соответственно, увеличивается скорость адсорбционных процессов. Кристаллографический ландшафт поверхности создается как при размоле (активировании) порошков, так и при их спекании. Преимущественный выход на поверхность одних граней, например, ускоряет адсорбционные процессы, увеличивает работу выхода, способствует диссоциации молекул на атомы и диффузии атомов водорода в глубинные слои. Выход других граней приводит к противоположным результатам. Реализация при получении твердых сплавов некоторого комбинированного кристаллографического ландшафта на поверхности может привести к другим возможным последствиям на процессы адсорбции и связанными с ними явлениями.

С одной стороны, последовательное размещение слоев атомов и молекул водорода на поверхности твердого сплава компенсирует потенциал электрического поля и снижает скорость адсорбции. С другой стороны, накопление водорода на поверхности за счет адсорбции приводит к росту концентрационного градиента между его поверхностным и объемным содержанием. Вследствие этого интенсивность перемещения водорода от поверхности в приповерхностную область возрастает. При этом диффузия водорода от поверхности в глубинные слои твердого сплава приводит к восстановлению напряженности электрического поля и возобновлению интенсивности адсорбционных процессов. Процессы интенсификации адсорбции и диффузии носят циклический характер. Вероятность диффузии в глубинные слои возрастает при накоплении водорода на поверхности, а вероятность прилипания атомов водорода на поверхности вследствие адсорбции увеличивается с началом интенсификации диффузионных перемещений атомов водорода, направленных в глубинные слои. Таким образом, процесс насыщения поверхности и приповерхностной области твердого сплава водородом тесным образом связан с особенностями диффузионных процессов, а диффузия атомов водорода в глубинные слои твердого сплава определяется характером и интенсивностью адсорбции. Неоднородность поверхности твердого сплава, оказывающая влияние на ее электрический потенциал, определяется химической, физической и кристаллографической неоднородностью. Химическая неоднородность зависит от использования для получения твердых сплавов того или иного сорта исходных компонентов, той или иной степени их очистки от примесей. Физическая неоднородность зависит от вида и степени пластической деформации частиц, образования и развития трещин, характера и интенсивности разрушения в процессе размола. Можно считать, что химический состав порошков оказывает существенное влияние на формирование физической неоднородности. В результате разрыва и образования химических связей при размоле изменяются также механические, магнитные и электрофизические характеристики. Физическая неоднородность в значительной степени зависит от технологии приготовления смесей и размола исходных компонентов (карбидных и кобальтовых порошков). Наиболее существенными факторами, оказывающими влияние на физическую неоднородность, приобретаемую на этапе приготовления смесей и проведения диспергирования порошков, являются скорость вращения барабана шаровой мельницы, соотношение веса размалываемой порошковой смеси и веса шаров, вид и количество жидкой среды, применяемой при размоле, а также состав и свойства гидроксильных и оксидных пленок, образующихся в процессе размола на поверхности карбидных и кобальтовых частиц. Если поверхностная и приповерхностная структуры, принадлежащие твердому сплаву, достаточно неоднородные, то и их электрический потенциал достаточно высокий и, соответственно, обеспечивает вероятность интенсивной адсорбции водорода, поверхностную диффузию и диффузию водородных частиц в объемную структуру.

При некоторой особенности технологии размола и его продолжительности, характеризующейся определенным видом и величиной накапливаемой степени деформации частиц, на их поверхности формируется некоторый преимущественный неоднородный кристаллографический ландшафт. Наиболее высокая поверхностная напряженность электрического поля обеспечивается за счет выхода на поверхность размалываемых порошковых частиц, некоторой концентрации кристаллографических граней с наиболее плотной упаковкой атомов. Это достигается за счет создания определенного вида сложнодеформированного состояния, реализуемого в процессе размола. В зависимости от кристаллографического состояния поверхности и ее электрического потенциала молекулы водорода могут адсорбироваться и таким образом, что средняя нормальная к поверхности составляющая дипольного момента становится не равной нулю. Такая ориентированная адсорбция молекул усиливает общий потенциал электрического поля. Данное обстоятельство приводит к еще более интенсивному процессу адсорбции. При этом может изменяться и характер адсорбции. Концентрация физически адсорбируемых молекул при одной и той же температуре спекания (являющейся одновременно и водородным насыщением) будет снижаться, а хемосорбированных частиц водорода возрастать. При преимущественном выходе на поверхность твердого сплава определенной грани кристалла может также возникнуть ситуация, когда интенсивность поверхностной диффузии водорода будет высокой, а направленной в глубинные слои - низкой или наоборот. С целью достижения равновесного термодинамического состояния перемещающийся по поверхности кристаллографической грани адсорбированный атом занимает положение, характеризующееся наименьшей затратой его внутренней энергии. Площадь поверхности, в окрестности которой дислоцируются атомы водорода после этапов диффузионного перемещения, характеризуется как активный центр. Участок активного центра является наиболее эффективным исходным положением для адсорбированных атомов, при последующей их диффузии в объем. По мере накопления атомов водорода в окрестности активных центров увеличивается диффузионный градиент между поверхностью и объемом и по достижению его определенного значения атомы водорода начинают движение в направлении объема. Движение осуществляется по кристаллографическим граням за счет действий потенциалов, электрического и диффузионных полей. При снижении величины поля диффузионного градиента атомы водорода вновь накапливаются на активных центрах граней кристалла, а по достижении его величины, равной исходному значению, продолжают свое перемещение. В данном случае имеет место эстафетный вид диффузионного перемещения атомов водорода в глубинные слои приповерхностной области твердого сплава. Неравномерный характер перемещения атомов водорода при диффузии из разных активных центров от поверхности к объему является также одной из причин создания и стабилизации потенциала электрического поля на поверхности. На однородность заполнения тела карбидного зерна и кобальтовой частицы атомами водорода, на начальных этапах спекания - до начала интенсивных восстановительных процессов, большое влияние оказывает наноразмерный оксидный слой, формирующийся до этого на их поверхности на этапе размола. Оксидные пленки на поверхности данных структурных компонентов образуются при действии высоких локальных и стационарных температурных полей, возникающих в результате реализации различных видов и степени упругих и пластических деформаций, происходящих в их поверхностных слоях и в объеме в процессе размола. Причем на поверхности карбидных частиц образуется сложный оксид титана и вольфрама, имеющий n-тип проводимости, а на металлических частицах - оксид кобальта, имеющий p-тип проводимости. Сложный оксид вольфрама с титаном - нестехиометрическое соединение. Его состав характеризуется дефицитом атомов кислорода и избытком электронов. Оксид кобальта также нестехиометрическое соединение. Состав этого оксида характеризуется дефицитом атомов металла и недостатком электронов. Между карбидным и металлическими частицами, покрытыми оксидными пленками и имеющими различные диэлектрические проницаемости, в контакте возникает разность потенциалов. Электроны из n-полупроводника, где их концентрация выше, будут диффундировать в p-полупроводник, где их концентрация ниже. Диффузия же дырок происходит в обратном направлении - в n-полупроводник. В n-полупроводнике из-за ухода электронов вблизи границы остается нескомпенсированный положительный объемный заряд неподвижных ионизованных донорных атомов. В p-полупроводнике из-за ухода дырок вблизи границы образуется отрицательный объемный заряд неподвижных ионизованных акцепторов. Эти объемные заряды образуют у границы двойной электрический слой, поле которого, направленное от n-области к p-области, препятствует дальнейшему переходу ионов и электронов в направлении n→p, а также ионов и дырок в направлении p→n. Концентрация доноров и акцепторов в оксидных полупроводниках n- и p-типа различная. Соответственно толщина оксидных слоев, в которых локализуются неподвижные заряды, будет также различной. При определенной общей толщине p-n-перехода наступает равновесное состояние, характеризуемое выравниванием уровней Ферми для обоих полупроводников. Вследствие этого в области p-n-перехода произойдет изгиб энергетических зон и образование потенциальных барьеров как, например, для движения электронов и ионов водорода одного знака, со стороны карбидного зерна к кобальтовой частице, так и дырок с ионами водорода другого знака со стороны кобальтовой частицы в сторону карбидного зерна. Высота потенциального барьера определяется первоначальной разностью положений уровня Ферми в обоих полупроводниках. Все энергетические уровни акцепторного полупроводника подняты относительно уровней донорного полупроводника на высоту потенциального барьера, причем подъем происходит на толщине образующегося двойного слоя. Представленное соответствует тому, что карбидные частицы с оксидным покрытием будут иметь отрицательный заряд, а кобальтовые частицы с оксидной пленкой будут иметь положительный заряд. Адсорбированные поверхностями карбидного зерна и кобальтовой прослойки, атомы и молекулы водорода, ввиду наличия энергетического барьера - двойного электрического слоя, вынуждены совершать диффузионные перемещения только в пределах данных субъектов поверхности твердых сплавов. Это обеспечивает высокую однородность размещения атомов водорода в данных компонентах твердого сплава, накопление эффективной концентрации водорода в поверхностных слоях и создает высокий концентрационный градиент для перемещения водорода в объем твердого сплава. Вероятно, что наиболее равномерное и упорядоченное размещение водорода в карбидных зернах и в кобальтовой прослойке, принадлежащих поверхности, происходит при некоторых оптимальных значениях толщин оксидных пленок на указанных компонентах. Если это так, то наряду с совместным размолом карбидных зерен и кобальтовых порошков необходимо производить также и раздельный размол компонентов с разной продолжительностью с целью создания той или иной толщины поверхностных оксидных структур на каждом из компонентов.

Карбид титана, являющийся основной частью сложного карбида, образует с водородом как твердые растворы, так и карбогидридные соединения. Адсорбция водорода гранями различных индексов, последовательность их заполнения, образование многослойной структуры, скорость диффузии водорода по граням, особенности образования твердых растворов и гидридных соединений для данного структурного компонента носит разнообразный характер. Водород может образовывать сорбционные связи с отдельными гранями, являясь как акцептором, так и донором электронов, заряжаясь при этом или отрицательно, или положительно. Так, одна часть площади грани может быть заполнена атомами водорода, когда в результате взаимодействия атом адсорбата принимает электрон от атома адсорбента. Другая часть поверхности заполняется, когда при образовании связи атом адсорбата отдает электрон атому адсорбента. Образующиеся связи неравноценны по прочности. Могут также быть и другие варианты образования сорбционных связей при взаимодействии между водородом и титаном на его гранях. Так, например, в первом адсорбционном слое на поверхности грани может быть одно соотношение долей между площадями, имеющими один и другой характер связи между адсорбатом и адсорбентом, во втором и последующих слоях могут быть иные соотношения. Характер размещения адсорбируемых атомов и молекул водорода на гранях кристаллической решетки, прочность образующихся при этом молекулярных и атомных связей, с основными и примесными химическими элементами кристаллической решетки, оказывает большое влияние на процессы общего накопления водорода в кристаллической решетке поверхностных слоев, его диффузию в объемные слои твердых сплавов, концентрацию образующихся твердых растворов и гидридных соединений и в конечном итоге на износостойкость твердосплавных режущих инструментов при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ. На специфические формы размещения атомов водорода в кристаллической решетке титана, а также вид химического взаимодействия между водородом и титаном большое влияние могут оказывать атомы углерода и различные примеси. С изменением содержания углерода в карбидных зернах, даже в установленных пределах, связь между водородом и титаном может изменяться от металлической до ионной. Вместе с тем присутствие водорода в кристаллической решетке титана способствует образованию и стабилизации между титаном и углеродом ковалентной связи. Процессу взаимодействия водорода с карбидом титана способствует оксид вольфрама, входящий в состав поверхностной оксидной структуры. Это происходит за счет более высокого потенциала электрического поля на гранях оксида вольфрама по сравнению с потенциалом граней карбида и оксида титана. Вместе с тем термодинамическое состояние оксида вольфрама с заполняемыми водородом гранями является неравновесным. Вследствие этого сначала водород адсорбируется гранями оксида вольфрама, а затем за счет интенсивной поверхностной диффузии по граням атомы водорода переносятся на грани карбида титана.

Аналогичным образом также заполняются сначала грани карбида вольфрама с последующей диффузией водорода на грани карбида титана. При этом порядок заполнения граней кристаллической решетки карбида вольфрама водородом и передача их в кристаллическую решетку карбида титана носит еще более сложный и разнообразный характер. Характер заполнения кристаллографических граней при этом оказывает большое влияние не только на скорости адсорбционных и диффузионных перемещений, но и на работу выхода. В свою очередь, работа выхода тесным образом связана с интенсивностью проявления адгезионных и диффузионных процессов в зонах контакта инструментального и обрабатываемого материалов и в конечном итоге с износостойкостью режущих инструментов группы применяемости Р. Величина работы выхода зависит не только от концентрации водорода, заполняющего кристаллическую решетку титана, но и от характера его размещения на тех или иных кристаллографических гранях. Последнее определяется дефектностью кристаллической решетки, наличием примесей и т.д.

Заполнение граней кристаллической решетки кобальта водородом всегда сопровождается увеличением работы выхода. Однако ее заметное повышение наступает только по достижении существенного достижения степени заполнения поверхности. Равномерное распределение водорода в кобальтовой компоненте в начале спекания достигается за счет наличия у кобальтовых частиц поверхностной оксидной пленки. После восстановления оксидной пленки в процессе спекания и накопления водорода в приповерхностной области происходит реконструкция кобальтовой поверхности с определенным порядком укладки на ней водорода и образования прочных связей между атомами водорода и кобальта. На характер реконструкции кобальтовой поверхности (особенность образования взаимных связей между атомами кобальта, а также между атомами кобальта и водорода) оказывают влияние многие факторы и в том числе: вид и накопленная величина степени деформации кобальта, полученная на этапе размола порошков, толщина сформированного оксидного слоя на поверхности кобальтовой частицы, наличие примесей и т.д. Вероятно, что имеется некоторое оптимальное взаимное расположение на поверхности атомов кобальта и водорода, которое обеспечивает у твердосплавных режущих инструментов высокую химическую инертность и высокую коррозионную стойкость, что является важным при резании ими материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ. В процессе насыщения карбидных зерен и кобальтовой прослойки водородом при спекании оксидный слой, сформированный на поверхности карбидных зерен и кобальтовой прослойки, постепенно восстанавливается. Стабильность оксидного слоя сказывается положительным образом не только на процессах насыщения структуры водородом, но и на качестве спекания твердых сплавов. Вместо крупнопористой и среднепористой формируется преимущественно мелкопористая структура. На термостабильность оксидного слоя благоприятное влияние оказывает наличие в поверхностных слоях компонентов твердых сплавов примесных элементов, образующих прочные связи с кислородом. Вместе с этим, даже непродолжительное существование оксидного слоя на поверхности частиц обеспечивает, в начальный период спекания, более равномерное и упорядоченное размещение водорода внутри карбидного зерна и кобальтовой прослойки. При достижении некоторой концентрации водорода внутри карбидного зерна и создания концентрационного градиента по отношению к глубже расположенным зернам начинается процесс межзеренной диффузии водорода по направлению в объем твердого сплава. Водород образует с кобальтом только твердые растворы и не образует гидридных соединений. Наличие оксидной пленки на кобальтовой прослойке, способствующее более равномерному распределению водорода по объему частицы, одновременно снижает вероятность образования в структуре водородной хрупкости. Данное обстоятельство обеспечивает более надежное функционирование карбидого зерна в кобальтовой матрице, исключаются его смещения и повороты, ведущие к преждевременному его хрупкому разрушению и удалению всего или только некоторой части из общей структуры. При этом диффузия водорода в глубинные слои твердого сплава через кобальтовую компоненту существенно возрастает. Через кобальтовую матрицу и границы зерен атомы водорода могут проникать также и в карбидные зерна. Диффузия водорода во внутреннюю структуру твердого сплава, вызванная концентрационным градиентом, будет сопровождаться обратной диффузией из глубинных слоев к поверхности атомов кислорода. Процессы встречной диффузии взаимно катализируют друг друга. Данное обстоятельство вновь указывает на важность формирования при размолах на поверхности карбидных и кобальтовых частиц оксидного слоя оптимальной толщины. При больших толщинах оксидной пленки весь кислород, находящийся в глубинных слоях структуры за время спекания твердых сплавов (насыщения водородом), не сможет достигнуть в результате диффузии поверхностных слоев и значительное его количество останется в объеме, что нежелательно для эффективного функционирования данных сплавов в процессе их использования. К тому же излишняя диффузия кислорода в поверхностную структуру режущих инструментов на этапе их эксплуатации также будет способствовать снижению ресурса их надежной работы. При небольшой толщине оксидной пленки эффективность заполнения объема твердых сплавов водородом вследствие снижения катализирующего эффекта также существенно снизится, что также на этапе эксплуатации твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р приведет к снижению их износостойкости.

В процессе резания твердосплавными режущими инструментами группы применяемости Р материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, водород, выделяющийся с приповерхностной структуры твердого сплава в пространство зоны контакта с обрабатываемым материалом, оказывает большое влияние на их износостойкость. В результате создания в зоне контакта водородной атмосферы снижается интенсивность окисления контактных поверхностей режущего инструмента и соответственно снижается его износ. Водород исключает или снижает вероятность взаимодействия кислорода с нагретыми до высокой температуры карбидными или металлическими элементами поверхностной структуры твердого сплава. Вследствие этого не происходит образования, особенно на границах структурных компонентов, рыхлых, деградированных оксидных образований, снижающих прочность закрепления карбидных зерен в кобальтовой матрице. Образующиеся в межконтактном пространстве при взаимодействии водорода с кислородом гидроксильные группы, в свою очередь, являются катализатором десорбции водорода из приповерхностных слоев. При восстановлении водородом локальных оксидных образований на поверхностях твердосплавного режущего инструмента в межконтактном пространстве образуются свободные металлические и оксикарбидные частицы, которые до определенного времени выполняют функцию протектора между контактирующими телами. Это происходит при их реверсивном движении - качении по контактной поверхности режущего инструмента. Однако после накопления некоторыми частицами определенного вида и предельной степени деформации они скапливаются в зоне действия максимальных температур и привариваются к поверхности, образуя так называемый «нарост». Нарост предохраняет контактную поверхность от разрушения - износа и, кроме того, оптимизирует геометрические параметры режущего клина. Например, может увеличиться действительное значение величины переднего угла. В результате этого при пластической деформации срезаемого слоя увеличивается угол сдвига элементов, уменьшается коэффициент трения, снижаются силы резания, улучшается качество обработанной поверхности и, соответственно, снижается износ режущего инструмента. В процессе резания нарост периодически создается и разрушается. Время существования, геометрическая форма и размеры нароста зависят от интенсивности и полноты процесса восстановления выделяющимся из поверхностных и приповерхностных слоев твердых сплавов водородом локальных оксидных образований (в пределах области режущей кромки), от времени беспорядоченого движения до накопления определенной степени деформации частиц (времени активирования), а также места и способа сваривания частиц с контактной поверхностью.

Из представленных в результате рассмотрения данных следует, что с увеличением аккумулированного поверхностной и приповерхностной структурой твердого сплава группы применяемости Р водорода износостойкость режущих инструментов при резании материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, возрастает. Предлагаемый способ прогнозирования является неразрушающим.

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 Р большое влияние оказывают износостойкие покрытия. Между содержанием водорода на поверхности и в приповерхностных слоях этих твердых сплавов и их эксплуатационными характеристиками наблюдается также устойчивая корреляционная связь. И для данных инструментальных материалов соблюдается правило: с увеличением аккумулированного в их структуре водорода износостойкость режущих инструментов возрастает. Соответственно предлагаемый способ прогнозирования для оценки их эксплуатационных характеристик также применим.

Реализация способа производится, последовательно проходя несколько этапов. В качестве твердосплавных режущих инструментов для проведения испытаний брали сменные твердосплавные режущие пластины. Сначала твердосплавные режущие пластины группы применяемости Р подвергают испытанию в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ. После испытаний на износостойкость твердосплавные режущие пластины тщательно очищают, подвергают полированию одну из поверхностей (например, посадочную или боковую), тщательно промывают в специальном растворе ультразвуковой ванны, сушат и, наконец, испытывают на содержание водорода на поверхности и в приповерхностной области. Контроль можно отнести к неразрушающим методам, потому что режущие пластины в случае наличия у них оставшихся неиспользованными режущих граней (многогранные режущие пластины) можно продолжать эксплуатировать.

Ввиду большого влияния, оказываемого аккумулированным водородом на эксплуатационные характеристики твердых сплавов группы применяемости Р, а также вследствие его размещения преимущественно на поверхности и в приповерхностной структуре прогнозирование износостойкости твердосплавных режущих пластин группы применяемости Р осуществляли при сопоставлении износостойкости с общим содержанием водорода на поверхности и в приповерхностной области структуры данных твердых сплавов.

Процесс диагностирования поверхности и приповерхностной области твердого сплава, глубиной до 0,15 мм на содержание водорода производили с помощью атомно-эмиссионного спектрометра, работающего в режиме тлеющего разряда модели GD-Profiler - 2 фирмы HORIBA. Работа осуществлялась в следующей последовательности: Сначала подготавливают поверхность образца твердого сплава группы применяемости Р - пробы к проведению на нем измерений. Поверхность предварительно полируют до RA=0,32-0,63 мкм. После очистки поверхности спиртовым раствором и сушки в течение 2-4 мин при комнатной температуре образец-пробу прикладывают к выходному окну полого анода спектрометра и включают вакуумный насос, создающий высокий вакуум в измерительной камере - внутренней полости анода. Удержание образца - катода у выходного окна осуществляется за счет образования во внутренней полости анода вакуума порядка 10-4-10-3 мм рт.ст. После создания в измерительной камере высокого вакуума ее внутреннее пространство заполняется аргоном особой чистоты и одновременно между образцом - катодом и анодом создается высокое пульсирующее напряжение с частотой 13,56 мГц. Такое напряжение создается специальным радиочастотным генератором. Под действием высокочастотного напряжения происходит ионизация атомов аргона и их направленное движение к катоду - твердосплавному образцу. При малом давлении аргона в разрядной ячейке - пустотелом аноде всегда имеется некоторая концентрация положительно заряженных ионов и электронов. Под действием разности потенциалов между катодом и анодом электроны устремляются к аноду, а положительно заряженные ионы аргона к катоду - образцу. Ионы аргона за счет большой кинетической энергии выбивают атомы катода - твердого сплава и способствуют образованию вторичных электронов. В процессе горения плазмы тлеющего разряда происходит непрерывный процесс возбуждения атомов поверхности образца и релаксация возбужденного состояния. Переход на более высокий энергетический уровень распыляемых атомов образца происходит как за счет атомов и ионов аргона, так и за счет вторичных электронов. Вторичные электроны ускоряются от катода и испытывают на своем пути различные столкновения, в том числе с атомами и ионами образца. В результате релаксации возбужденного состояния при переходе атомных электронов образца от высоких к низким уровням энергий происходит излучение квантовой энергии. Световые излучения фиксируются и обрабатываются специальными приемниками и фотоумножителями. Концентрация водорода в структуре (в том числе и по глубине) идентифицируется с интенсивностью появления характеристических линий в его спектре. Производимый спектральный анализ водорода по глубине связывается с длительностью горения плазмы тлеющего разряда и вносится заранее в программу работы спектрометра. Данные по обработке получаемых спектров передаются на аналогово-цифровой преобразователь, а затем на компьютерный процессор и, наконец, на дисплей компьютера. Полностью процесс контроля отображается на экране процессорного блока. Обычно время измерения составляет не более 5 мин. Измерение характеризуется высокой воспроизводимостью результатов, т.к. исключает ошибки, связанные с отбором, подготовкой и анализом отдельных проб твердого сплава, характерные для традиционных методов анализа.

Прогнозирование износостойкости твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный диффузионный 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 подготовку образов (полирование очистка, сушка), помещают образцы по очереди в спектрометр, определяют концентрацию аккумулированного поверхностью и приповерхностной областью водорода в каждом образце, определяют средние значения выделившегося водорода для образцов-проб для каждой выборки, строят график зависимости износостойкости от концентрации водорода. Затем прогнозирование износостойкости у поставляемой партии твердосплавных режущих пластин группы применяемости Р производят без испытания их в процессе резания, а только по наличии у них концентрации водорода в их поверхностной и приповерхностной структуре. С увеличением концентрации водорода в поверхностной и приповерхностной структуре твердосплавных режущих пластин группы применяемости Р их износостойкость при резании материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, возрастает. При этом для прогнозирования износостойкости используют зависимость (1), а также пользуются графиком зависимости « износостойкость - концентрация водорода», полученным ранее при испытании - прогнозировании износостойкости первых (эталонных) партий твердосплавных режущих пластин.

На фиг.1 представлена эталонная зависимость «износостойкость - концентрация водорода», на основании которой производится прогнозирование износостойкости твердосплавных группы применяемости Р режущих пластин при резании ими материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ. На фиг.2 представлена интегральная зависимость содержания водорода в приповерхностной структуре твердого сплава в течение заданной продолжительности горения тлеющего разряда.

Насыщение структуры твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р водородом происходило в процессе изготовления отдельных компонентов и последующего спекания композита. Концентрация аккумулированного структурой водорода отражает особенности химического состава и характер изготовления составляющих компонентов и твердого сплава в целом.

С учетом рассмотренных особенностей взаимодействия твердосплавных инструментальных материалов группы применяемости Р с водородом можно констатировать, что на процесс насыщения структуры твердых сплавов водородом оказывают большое количество управляемых факторов, к числу которых относятся, например, основные: состав исходных материалов, предназначенных для получения порошков титана, вольфрама, кобальта, графита, наличие у них тех или иных примесей, технология получения указанных порошков, технология получения карбидов, особенности размола и механоактивации порошков, особенности процесса спекания компонентов твердых сплавов, состав газовой среды, используемой при получении порошков и их спекании. Путем целенаправленного управления и регулирования указанными факторами можно создать условия, при которых поверхность и приповерхностная структура твердых сплавов будет аккумулировать наибольший из возможных объем водорода. Такой подход обеспечит формирование наиболее оптимальной структуры твердых сплавов при их изготовлении. При этом с увеличением в структуре твердых сплавов группы применяемости Р водорода их износостойкость при резании материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, возрастает.

Пример осуществления способа прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих пластин.

Сначала полученные при выборке две партии (принятые в качестве эталонных) в количестве по 10 штук каждая твердосплавных режущих пластин группы применяемости Р марки Т30К4 подвергались испытаниям на износостойкость на токарно-винторезном станке модели 163. В качестве обрабатываемого материала использовалась углеродистая сталь 45. Скорость резания при испытаниях выбиралась равной 180 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 0,6 мм.

Стойкость (Т1i) для образцов из 10 штук первой эталонной партии составила: 24,0; 26,8; 28,8; 30,2; 31,6; 32,8; 33,4; 34,2; 35,6; 37,2 мин. Среднее значение стойкости составило 31,36 мин.

Стойкость (T2i) для образцов из 10 штук второй эталонной партии составила: 22,6; 24,8; 26,2; 27,8; 28,5; 29,3; 30,7; 31,8; 32,4; 33,6 мин. Среднее значение стойкости составило 28,73 мин.

Затем испытанные твердосплавные режущие пластины после полировки химической очистки в ультразвуковой ванне и сушки подвергались обследованию на определение аккумулированного структурой поверхности и приповерхностной области водорода. Оптимальная шероховатость подготавливаемой при полировке поверхности составляет RA=0,32-0,63 мкм. Подготовленные таким образом твердосплавные режущие пластины устанавливают в качестве катода у выходного отверстия полого анода и начинают при включении спектрометра процесс контроля на содержание водорода. Процесс определения концентрации водорода на поверхности и в приповерхностной области на основании измерения интенсивности характеристической линии в оптическом спектре тлеющего разряда определяли с помощью атомно-эмиссионного спектрометра GD-Profiler - 2 фирмы HORIBA. Точность регистрируемых интенсивностей появления характеристических линий водорода в спектре составляет ±0,01 В. Время горения тлеющего разряда устанавливается постоянным и составляет для контроля каждой пластины 180 сек.

В процессе контроля по определению содержания водорода на поверхности и в приповерхностной области при установленной длительности тлеющего разряда 180 сек (глубина ориентировочно составляла 100-120 мкм) получали графики зависимости «интенсивность появления характеристических линий водорода в спектре тлеющего разряда в вольтах - время горения тлеющего разряда в секундах». Графики типовых зависимостей представлены на фиг.2. С помощью стандартной компьютерной программы одновременно определяли площадь под каждой графической зависимостью, получаемой для каждой конкретной твердосплавной режущей пластины и характеризующей интегральное, относительное содержание водорода на поверхности и в приповерхностной области в течение 180 сек горения тлеющего разряда. Это время соответствует ориентировочно распространению кратера (действия плазмы) на глубину ориентировочно до 100-120 мкм. Площадь S, характеризующая относительное интегральное содержание водорода по глубине сканирования, измерялась произведением (Вольт·сек)-(В·с). Для первой партии твердосплавных режущих пластин получили следующие данные по интегральному параметру S1i (величине площади под конкретной кривой, характеризующей относительное интегральное содержание водорода на поверхности и в приповерхностной области) для твердосплавных режущих пластин в порядке соответственно с их ранее полученной при испытаниях износостойкостью: 11,805; 12,515; 12,625; 12,875; 13,190; 13,375; 13,505; 13,625; 13,875; 14,125 (В·c). Среднее значение параметра концентрации водорода на поверхности и в приповерхностной области составило: 13,150 (В·c).

Для второй партии твердосплавных режущих пластин получили следующие данные по параметру S2i (величине площади под конкретной кривой, характеризующей относительное интегральное содержание водорода на поверхности и в приповерхностной области) для твердосплавных режущих пластин в порядке соответственно также с их ранее полученной при испытаниях износостойкостью: 11,815; 12,125, 12,250; 12,515; 12,750; 12,935; 13,125; 13,350; 14,450; 13,610 (В·с). Среднее значение параметра концентрации водорода на поверхности и в приповерхностной области составило: 12,890 (В·с).

На основании полученных ранее результатов по определению износостойкости твердосплавных режущих пластин (Тмин) и значений параметра, характеризующего содержание водорода на поверхности и в приповерхностных слоях (SB·c), строится график зависимости «износостойкость - Т - интегральный параметр концентрации водорода на поверхности и в приповерхностной области - S».

На фиг.1 представлена зависимость износостойкости твердосплавных режущих пластин из Т30К 4 группы применяемости Р соответственно для выборок 1 и 2 при обработке ими стали 45 от концентрации аккумулированного их поверхностью и приповерхностной структурой водорода. Для осуществления прогнозирования износостойкости у твердосплавных режущих пластин в последующей текущей (изготовленной или полученной) и предназначенной для потребления партии инструментальных образцов производят испытание только величины концентрации аккумулируемого их поверхностью и приповерхностной областью водорода. Так, например, при прогнозировании износостойкости у очередной партии твердосплавных режущих пластин группы применяемости Р на атомно-эмиссионном спектрометре GD-Profiler - 2 были получены следующие значения интегрального параметра концентрации водорода (S) на поверхности и в приповерхностной области для твердосплавных режущих пластин: 11,625; 12,005; 12,375; 12,625; 13,010; 13,250; 13,505; 13,755; 14,010; 14,375 (В·c). Среднее значение из полученных данных составило 13,0530 (В·c). В соответствии с вышеприведенными формулами определяют аэ и bэ.

аэ=11,154; bэ=113,554,

после этого определяют Тпт

Тпт=32,039 мин.

Таким образом, прогнозируемая средняя износостойкость у текущей партии твердосплавных режущих пластин составила 32,039 мин.

Контрольные испытания износостойкости в процессе резания на металлорежущем станке показали следующие результаты по износостойкости: 26,4; 28,2; 29,8; 32,6; 32,8; 33,0; 34,6; 35,6; 36,2; 37,0 мин. Среднее значение составило 32,62 мин.

При осуществлении прогнозирования износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих пластин отпадает необходимость в проведении дорогостоящих и трудоемких испытаний на износостойкость, проводимых на металлорежущих станках. Способ обладает высокой точностью прогноза. Это происходит вследствие тесной корреляционной связи между способностью твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р аккумулировать в своей структуре водород и их износостойкостью при резании материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ. Степень корреляционной связи между концентрацией водорода, содержащегося в структуре твердосплавных группы применяемости Р режущих пластин и их износостойкостью, составила 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 углеродистой стали 45, 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%.

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.

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

где aЭ и bЭ - постоянные коэффициенты:


из них:
ТПТ - текущая износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов, подвергшихся испытаниям, из текущей - прогнозируемой партии твердосплавной продукции;
SПТ - текущее значение выбранного исходного параметра, полученное при контроле поверхностной и приповерхностной структуры твердосплавных режущих инструментов из текущей - прогнозируемой партии твердосплавной продукции;
ТЭ1 и ТЭ2 - износостойкость в минутах для двух независимых выборок твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;
SЭ1 и SЭ2 - средние значения величин выбранного исходного параметра, полученные при контроле поверхностной и приповерхностной структуры для двух выборок образцов твердосплавных режущих инструментов, из эталонной партии продукции,
отличающийся тем, что с целью повышения точности прогнозирования износостойкости в качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердосплавных режущих инструментов используют твердосплавные режущие пластины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии используют твердосплавные режущие инструменты из предыдущей партии приобретенной продукции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано для определения режущей способности абразивно-алмазного инструмента с однослойным алмазно-гальваническим покрытием (АГП).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для изучения деформированного состояния обрабатываемого материала в зоне пластического деформирования при механической обработке с помощью делительных сеток.

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов путем определения величины сопротивления их просверливанию (плотности) и может быть использовано для определения физико-механических характеристик древесины растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций различного назначения и т.п.

Изобретение относится к устройствам для исследования или анализа свойств материалов. Устройство измерения сопротивления сверлению, состоящее из электрического двигателя привода вращения бурового сверла; каретки, установленной на направляющих и приводимой в движение от электрического двигателя привода подачи, например, постоянного тока через винтовую передачу; ограничителей смещения бурового сверла в поперечном направлении.

Изобретение относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для определения износа режущего инструмента станков с ЧПУ, функционирующих в условиях автоматизированного производства.

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке и может быть использовано для определения функции распределения вершин абразивных зерен в поверхностном слое шлифовального круга после его правки.

Изобретение относится к технике измерений сопротивлений грунтов и снежно-ледяных образований резанию. .

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при изучении процесса стружкообразования пластичных материалов. .

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.
Изобретение относится к измерительной технике и касается, в частности, определения силы, необходимой для обработки резанием металлов и сплавов. Сущность: стандартную экспериментальную кривую упрочнения перестраивают в координаты «напряжение (σ) - истинная относительная деформация (ε)», максимальным значением деформации εв предопределяют предельно возможное значение коэффициента усадки стружки K, как lnK=εв, а расчет предельно возможной величины силы резания вычисляют по уравнению Р=σв t s К/sinθ, затем ведут пробную резку, измеряют параметры для вычисления фактического коэффициента К усадки стружки, по нему определяют угол θ и по исходному уравнению находят фактическую величину силы резания. Технический результат: повышение точности расчета и существенный рост производительности за счет сокращения технико-экономических затрат на его реализацию. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытание на изменение величины исходного параметра от свойств структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «исходный параметр - износостойкость». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов проводят на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося во внутренней структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости Р, возрастает. Технический результат - повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов по содержанию водорода в поверхностной и приповерхностной структуре. Отличительная особенность способа прогнозирования износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов заключается в тесной корреляционной связи между свойствами твердых сплавов группы применяемости К аккумулировать водород поверхностью и приповерхностной структурой и их износостойкостью. С уменьшением способности структуры твердосплавных режущих инструментов к аккумулированию водорода их износостойкость возрастает. Технический результат − повышение точности прогнозирования износостойкости. 2 ил.

Изобретение относится к области испытания материалов и может использоваться при испытании алмазной кольцевой коронки для колонкового бурения. Сущность: на корпусе коронки формируют одинаковые пары алмазосодержащих режущих секторов, расположенные по окружности корпуса коронки под углом 180° друг к другу, причем высота каждой пары секторов убывает по ходу вращения буровой коронки. Осуществляют бурение плоской поверхности горной породы под постоянной нагрузкой и с постоянной скоростью вращения алмазного инструмента с заранее сформированными режущими алмазосодержащими секторами. Определяют скорость бурения при достижении заданной величины износа по времени изменения спектра колебаний и определяют пригодность матрицы алмазного инструмента. Достижение заданной глубины бурения определяют по времени изменения спектра колебаний, обусловленных контактом меньшей по высоте пары режущих секторов поверхности обрабатываемой породы. Технический результат: получение за короткий промежуток времени достоверной информации о пригодности матрицы алмазной коронки для бурения конкретной горной породы. 2 ил.

Использование: для тестирования истинной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых компонентов, используя акустическую эмиссию. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования на основе акустической эмиссии содержит тестируемый образец, включающий твердую поверхность, акустический датчик, индентор, соединенный с твердой поверхностью, и нагрузку. Нагрузка прикладывается к индентору, который передает нагрузку на твердую поверхность. Нагрузку повышают до пиковой нагрузки, выдерживают в течение определенного времени и затем понижают. Акустический датчик соединен с возможностью передачи данных с тестируемым образцом и детектирует одно или более акустических событий, возникающих в тестируемом образце. Система тестирования на основе акустической эмиссии включает в себя блок записи данных, соединенный с устройством тестирования. Блок записи данных записывает данные из устройства тестирования. На основе принятых данных объективно определяется жесткость образца, и по жесткости образец может быть расположен в определенном порядке по отношению к другим образцам. Технический результат: повышение точности тестирования жесткости на основе акустической эмиссии. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 23 ил.

Устройство и способ исследования образцов горной породы, основанные на явлении акустической эмиссии. Для осуществления исследования образца горной породы заявленным способом исследуемый образец помещается в заявленное устройство, содержащее в своей конструкции камеру повышенного давления и один или более акустических датчиков, присоединяемых к исследуемому образцу горной породы, с возможностью передачи сигналов. Камера включает в себя первую камеру, давление в которой поднимают до первого заданного значения давления, и вторую камеру, давление в которой поднимают до второго заданного значения давления. Образец горной породы помещают в камеру повышенного давления таким образом, чтобы на первый участок образца оказывало действие первое давление, а на второй участок образца оказывало действие второе давление. Второе давление повышают до порогового значения, выдерживают образец при пороговом значении давления определенный период времени и затем понижают давление. Акустические датчики детектируют одно или более акустических событий, происходящих в образце горной породы. В некоторых вариантах осуществления устройство выполнено с возможностью определения пространственного местоположения и направления распространения одного или более акустических событий. Система включает в себя устройство исследования образца, соединенное с устройством записи информации об акустических событиях. Технический результат: увеличение точности получаемых результатов при измерении жесткости твердых или сверхтвердых материалов. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 27 ил.

Использование: для определения ударной вязкости испытуемого образца. Сущность изобретения заключается в том, что собирают акустические данные от акустического датчика с помощью средства сбора акустических данных при приложении к испытуемому образцу нагрузки, при этом указанный акустический датчик связан с испытуемым образцом; определяют одну или более фоновых точек с помощью средства определения фоновых точек; определяют одну или более точек возможного акустического события с помощью средства определения точек возможного акустического события; интерполируют кривую характеристики фонового шума с использованием фоновых точек с помощью средства интерполяции кривой характеристики фонового шума; определяют одну или более точек фактического акустического события с использованием точек возможного акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства определения точек фактического акустического события; и вычисляют площадь акустического события, заключенную между точкой фактического акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства вычисления площади фактического акустического события. Технический результат: обеспечение возможности определения фактической прочности и ударной вязкости твердых и сверхтвердых компонентов с использованием акустической эмиссии. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано в машиностроении для ускоренной автоматизированной оценки обрабатываемости как традиционно применяемых сталей и сплавов в изменяющихся условиях резания, так и новых марок сплавов, наплавленных и композиционных материалов и т.д. Сущность: осуществляют регистрацию параметров сигналов акустической эмиссии - числа импульсов моды амплитудного распределения, соответствующих пластическому деформированию при точении. Для регистрируемого датчиком сигнала акустической эмиссии рассчитывают среднее квадратическое значение сигнала в рассматриваемом интервале времени (Urms). С помощью преобразования Фурье получают амплитудно-частотное представление сигнала акустической эмиссии, определяют значение медианной частоты (Fmed). По их произведению (Urms×Fmed) судят об обрабатываемости материала. Технический результат: сокращение времени и трудоемкости определения обрабатываемости материалов, определение не относительного, а абсолютного значения обрабатываемости. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающие интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, а прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов осуществляют на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации кислорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с уменьшением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для выбора оптимальных режимов шлифования. Для этого осуществляют экспресс-контроли режимов шлифования путем обработки детали, закрепленной на координатном столе, имеющем продольное, поперечное и вертикальное перемещения, под объективом оптического устройства. Обработку детали осуществляют шлифовальным инструментом, состоящим из единичных зерен в органической связке, размещенных в державке-инденторе, установленной на цилиндрической поверхности круга, смонтированного на шпинделе. При этом производят стробоскопическую подсветку шлифовального инструмента с синхронизацией частоты вспышек осветителя и частоты вращения шпинделя. На экран проецируют конусную режущую часть единичного зерна, которую сравнивают с изображением на экране внешних контуров конуса в начальном положении до контактирования с деталью и конечном положении, определяемым заданным углом поворота единичного зерна в органической связке, меньшим угла выравнивания единичного зерна из нее. Оптимальные режимы резания выбирают по наибольшему времени достижения тенью внешнего контура конуса единичного зерна конечного положения. В результате обеспечивается расширение технологических возможностей обработки и быстрый выбор оптимальных режимов шлифования. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования-контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и приповерхностной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающие интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания. Строят эталонную - корреляционную зависимость «износостойкость - исходный параметр». Осуществляют статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов осуществляют на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося в поверхностной и в приповерхностной структуре твердого сплава, с увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх