Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

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:

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;

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 (текущее), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из текущей - контролируемой партии. В качестве исходного параметра при этом используют величину времени жизни позитронов, внедренных в поверхность и приповерхностные слои твердых сплавов и производящих оценку электронной плотности их структуры. По величине электронной плотности прогнозируют износостойкость изготовленных режущих инструментов. [SU А.С. 2251095, МПК G01N 3/58, БИ 2005 №12]. Основным недостатком данного способа является высокая организационная сложность в его осуществлении. Для реализации этого способа необходим радиоактивный источник. В соответствии с нормами для его обслуживания существуют высокие требования. Необходимо иметь специальное помещение для его хранения. Измерение соответствующих параметров и обработку полученных результатов могут производить только специально подготовленный и обученный персонал. С помощью данного способа производится оценка структуры на атомном уровне и не всегда сопоставление данных результатов с результатами получаемые по износостойкости приводит к точному прогнозу. Данный способ позволяет производить разбраковку - прогнозировать износостойкость твердых сплавов близких по виду и степени дефектности структуры. Сравнение структур сильно различающихся по виду и степени дефектности дает достаточно заметные погрешности в прогнозе износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Вследствие этого данный способ прогнозирования износостойкости не совсем точно характеризует эксплуатационные свойства, предопределяемые степенью дефектности структуры, что в итоге снижает степень тесноты корреляционной связи между исходным параметром и износостойкостью режущих инструментов. Тем не менее, данный способ контроля информативно отражает эксплуатационное состояние поверхностной структуры инструментального материала, что важно для установления связи между данной характеристикой и адгезионным износом, в большой степени зависящим от вида и степени дефектности поверхностного слоя, и мы выбираем его в качестве прототипа.

Задачей предлагаемого способа прогнозирования износостойкости твердосплавных вольфрам - кобальтовых (группа К) режущих инструментов является повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование основано на тесной корреляционной зависимости между износостойкостью и концентрацией водорода, содержащегося в оксидной структуре твердого сплава, сформированной при окислении твердосплавных режущих инструментов в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха при температуре нагрева, соответствующей оптимальной температуре резания данным инструментальным материалом. С уменьшением концентрации водорода в оксидной структуре твердых сплавах группы применяемости К износостойкость изготовленных из этих твердых сплавов режущих инструментов, при резании сталей и сплавов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, возрастает.

Поставленная задача при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К в предлагаемом способе решается путем использования выбранного исходного параметра и включает: проведение эталонных испытаний режущих инструментов на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, при оптимальной или близкой к ней скорости резания, окисление испытанных режущих инструментов при температуре, соответствующей средней от действующих в зонах контакта, проверку полиоксидных образцов на изменение величины исходного параметра, построение эталонной - корреляционной зависимости «износостойкость - исходный параметр», статистический контроль только величины исходного параметра у твердосплавных режущих инструментов, прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов на основании зависимости:

где а_Э и b_Э - постоянные коэффициенты:

из них:

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

ω_ПТ - текущее значение выбранного исходного параметра, полученное при контроле оксидной массы, сформированной на поверхности твердосплавных режущих инструментов при их окислении из текущей контролируемой партии твердосплавной продукции;

T Э 1 и T Э 2 - износостойкость в минутах для двух независимых выборок твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;

ω Э 1 и ω Э 2 - средние значения величин выбранного исходного параметра, полученные при контроле оксидной массы, сформированной на поверхности твердосплавных режущих инструментов при их окислении, для двух выборок образцов из эталонной партии продукции, отличающийся тем, что с целью повышения точности прогнозирования износостойкости в качестве исходного параметра используют величину концентрации водорода, содержащегося в оксидной массе, полученной при окислении твердосплавных режущих инструментов, с уменьшением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К возрастает.

Способ отличается также тем, что в качестве твердосплавных режущих инструментов используют твердосплавные режущие пластины.

Способ отличается также тем, что в качестве твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии используют твердосплавные режущие инструменты из предыдущей партии приобретенной продукции.

Внутренняя структура твердосплавного режущего инструмента группы применяемости К, формирующаяся в процессе изготовления твердого сплава, оказывает большое влияние на его износостойкость. Одной из важнейших характеристик внутренней структуры, определяющей важнейшие физико-механические и эксплуатационные свойства твердосплавных режущих инструментов данной группы, является ее способность взаимодействовать с кислородом. Кислород может оказывать благоприятное влияние как на формирование самой структуры твердого сплава, так и на процессы, развивающиеся затем в зонах взаимодействия инструментального и обрабатываемого материалов в процессе эксплуатации режущего инструмента. Накопление кислорода во внутренней структуре твердых сплавов может происходить на различных стадиях изготовления как самого твердого сплава, так и отдельных его компонентов. На поверхности порошковых частиц - исходных компонентов твердых сплавов: карбида вольфрама и кобальта в процессе их изготовления формируются тонкие оксидные пленки, которые затем, на этапе спекания, являются экраном против проникновения во внутреннюю структуру указанных компонентов других элементов и, в частности, водорода. Вместе с тем основные операции, связанные с изготовлением непосредственно твердых сплавов (например, спекание) и его компонентов происходит в водородосодержащей среде и, соответственно, влияние водорода на формирование структуры композита в целом является существенным.

Спекание твердых сплавов производится при достаточно высоких температурах. Водород, с одной стороны, через систему различных пор, проникая в глубинные области твердых сплавов группы применяемости К, растворяет и удаляет примесную кислородосодержащую среду в виде водяных паров, а с другой стороны, участвует в образовании твердых растворов, карбогидридных, оксикарбогидридных, карбонитрогидридных и иных соединений. Удаление кислородосодержащей среды водородом из композита и образование различных водородосодержащих соединений снижает эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К, при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ. Поверхностные и объемные оксигидридные и гидридные тонкие пленки и структуры состава твердых сплавов обладают высокой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью. Вследствие этого они, в отличие от оксидных соединений, не обеспечивают достаточно надежного экранирования межмолекулярного взаимодействия в зонах контакта инструментального и обрабатываемого материалов. Кроме того, кристаллографическое строение данных соединений не содержит плоскостей с плотной упаковкой атомов - плоскостей легкого скольжения, как, например, у оксидов. Последнее обстоятельство исключает выполнение ими функции твердой смазки при низкой и оптимальной температуре эксплуатации твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов. Эксплуатация данных режущих инструментов при более высоких температурах приводит к повышенному их износу. В связи с этим, с одной стороны, кислород и кислородосодержащая среда в процессе эксплуатации твердосплавных режущих инструментов диффундирует в зоны контакты и совместно с кислородом окружающей газовой среды участвует в формировании диссипативных структур, предохраняющих рабочие грани от износа. С другой стороны, аккумулированный твердосплавной структурой свободный водород и водород в форме различных гидридных соединений снижает активность окислительной среды и препятствует образованию диссипативных структур, предохраняющих контактные поверхности от адгезионного износа. Из представленного следует, что эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, будут увеличиваться с уменьшением в структуре твердого сплава водорода или его соединений.

Как правило, водород, в глубинных слоях твердосплавной структуры находится в различной агрегатной форме: в свободном состоянии, в состоянии слабого взаимодействия с компонентами структуры и в состоянии сильного взаимодействия с компонентами структуры. Часть водорода, находящегося в свободном состоянии, при механическом активировании и нагревании твердосплавных контактных поверхностей режущих инструментов при их эксплуатации может подвергаться ионизации и вступать во взаимодействие с компонентами твердого сплава и газовыми элементами окружающей среды, а другая часть, наоборот, дессорбировать в окружающую атмосферу или диффундировать, например, в структуру обрабатываемого материала. Водород, находившийся изначально в форме и слабого и сильного взаимодействия с компонентами твердого сплава при механическом и термическом активировании контактных поверхностей твердосплавного режущего инструмента и объемной структуры в целом, принимает участие, наряду с примесями и элементами окружающей газовой атмосферы, в образовании различных гидридных, оксигидридных, оксикарбогидридных, оксинитрогидридных и иных объемных и поверхностных соединений. Указанные водородосодержащие соединения, находящиеся как во внутренней структуре твердого сплава, так и в зонах контактного взаимодействия, оказывают большое влияние на эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К и, в первую очередь, на их износостойкость. С увеличением изначальной концентрации водорода в структуре твердого сплава, полученной в процессе его спекания, концентрация водородосодержащих соединений, формирующихся в межконтактной зоне при эксплуатации твердосплавных режущих инструментов увеличивается.

Наиболее благоприятные условия, для сохранения высоких эксплуатационных показателей режущих инструментов в течение длительного их функционирования, существуют при постоянном разрушении и последующем образовании в зонах контакта на поверхностях режущего клина оксидных пленок и структур с развитым внутренним строением. Такие оксидные образования могут возникать при наиболее высокой степени окисления компонентов структуры твердых сплавов и их примесей. Оксидные образования в данном случае имеют низкую электропроводность, тангенс угла диэлектрических потерь и теплопроводность. Они эффективным образом экранируют межмолекулярное взаимодействие и являются хорошей твердой смазкой. Износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К в процессе обработки материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, при этом достигает наибольших показателей. Это объясняется в первую очередь наличием высоких значений относительной диэлектрической проницаемости у поверхностных оксидных образований и наличием в кристаллографическом строении данных структур большого количества плоскостей, относительный сдвиг которых, происходит при достаточно низких контактных напряжениях, что является важным для создания смазочного эффекта между скользящими поверхностями. Присутствие в области между передней поверхностью режущего клина и стружкой, а также между задней его поверхностью и обрабатываемой поверхностью материала оксидных структур, с наличием в составе водорода, существенным образом снижает их эффективность и как экрана против межмолекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей, и как материала, выполняющего роль твердой смазки. Это происходит в результате увеличения у формирующейся межконтактной оксигидридной структуры электропроводности, тангенса угла диэлектрических потерь, теплопроводности и, как следствие, снижение ее относительной диэлектрической проницаемости, от которой зависит уровень межмолекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей при интенсивном адгезионном взаимодействии твердосплавного режущего инструмента и обрабатываемого материалов. При встраивании водорода в кристаллическую решетку межконтактной оксидной структуры, в первую очередь, снижается ее плотность и легкость в относительном скольжении кристаллографических плоскостей. Вследствие этого, смазочные характеристики, данного, содержащего водород соединения, на основе оксидов, снижаются. Таким образом, водород, содержащийся в структуре твердого сплава, препятствует образованию в зонах контакта эффективных диссипативных оксидных структур или значительным образом ухудшает их способность экранировать межмолекулярное взаимодействие контактирующих поверхностей и выполнять смазочные функции в зонах контакта. В итоге износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, снижается.

На процесс насыщения структуры твердых сплавов водородом, при их спекании, оказывают влияние множество факторов.

Наиболее дисперсные фракции, компонентов твердофазной композиции, в большей степени адсорбируют водород и с большей вероятностью образуют с ним различные, по силе связи, соединения.

Большое влияние на аккумулирование водорода структурой твердого сплава оказывают примеси. Одна часть примесей, входящих в состав компонентов, способствует адсорбции водорода и его накоплению в структуре. Другая часть препятствует накоплению водорода в составе компонентов. Значительное количество адсорбируемого водорода располагается в наноразмерных порах, которые формируются в компонентах твердосплавной композиции при испарении легкоплавких элементов. С увеличением в составе твердого сплава мелкодисперсного графита, находящегося в свободном состоянии, аккумулирующие свойства твердосплавной композиции по отношению к водороду также возрастают. При этом значительная концентрация водорода адсорбируется и хранится в пористой системе графита. Причем наиболее эффективными для адсорбции и размещения водорода в структуре всех компонентов твердого сплава и граничной области являются поры наноразмерной величины. Такая пористая система формируется при испарении легкоплавких как металлических, так и неметаллических элементов и соединений. Электронная плотность структуры компонентов твердого сплава при этом снижается, а ее акцепторные свойства возрастают. Последнее обстоятельство является существенным стимулом для адсорбции пористой поверхностью и карбида вольфрама и кобальта газовых элементов и, в первую очередь, с незначительным атомным весом, каким и является водород. Движущей силой процесса адсорбции молекул водорода внутренней поверхностью поры является электрическое поле, создаваемое на этапах формирования пористой системы и, в частности, при испарении и сублимации собственных атомов и кластеров, а также при испарении и сублимации примесных элементов и соединений, входящих в состав компонентов твердых сплавов.

Немаловажное влияние на процессы формирования пористой системы в компонентах твердых сплавов оказывают непосредственно и само явление адсорбции и десорбции газовых элементов, и в частности водорода. Это происходит в том случае, когда формирование пористой системы при спекании осуществляется за счет преобладания в составе компонентов тех или иных примесей или наличия определенного структурного состояния в системе, сопровождаемого периодическим испарением и последующей конденсацией. При этом может происходить формирование пористой системы как с прогрессирующим характером ее развития, так и наоборот, когда развитие пористой системы в процессе спекания будет затухать. В первом случае процесс накопления водорода в компонентах твердого сплава будет непрерывно возрастать, а во втором случае будет непрерывно снижаться.

Успешное функционирование твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К при обработке материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, должно сопровождаться непрерывным образованием и непрерывным последующим разрушением на контактных поверхностях режущего клина тонких оксидных структур. При этом, в результате реакций окисления основной - карбидной компоненты твердосплавной композиции образуются, в том числе, побочные продукты: окись и двуокись углерода. При ограниченном доступе в зоны контакта окислительной среды концентрация окиси и двуокиси углерода может сравняться. В данной ситуации поступление, за счет диффузии, из глубинных слоев твердого сплава в межконтактное пространство дополнительно и водорода может привести к смещению термодинамического равновесия между процессами окисления и восстановления контактных поверхностей режущего клина в сторону процессов восстановления. При доминировании процессов восстановления в зонах контакта образование оксидных структур прекратиться. Это приведет к активизации адгезионных явлений в зонах контакта и развитию микросварочных процессов между инструментальным и обрабатываемым материалами.

С увеличением количества поступающего водорода из структуры твердого сплава в зоны контакта прочность образующихся микросварочных швов будет непрерывно возрастать. С одной стороны, в данном случае микросварочные процессы, за счет межмолекулярного взаимодействия, все больше и больше будут осуществляться в защитной водородной среде, гарантирующей высокое качество образующихся соединений. С другой стороны, неизбежное разрушение формирующихся микросварочных соединений за счет сил резания будет сопровождаться все более и более разрушительными последствиями для режущего клина - его поверхностей, приповерхностных слоев и объема в целом. Это будет происходить вследствие того, что с ростом количества водорода в зонах контакта и ростом прочности и качества непосредственно микросварочного шва - разрушение образовавшегося соединения будет осуществляться не по телу обрабатываемого материала, а по телу режущего инструмента. Последнее происходит вследствие того, что предел прочности на растяжение твердых сплавов значительно ниже предела прочности на растяжение класса обрабатываемых материалов, вызывающих при их резании интенсивный адгезионный износ и прежде всего - хромоникелевых сталей и сплавов.

Интенсификация адгезионных явлений приводит к росту контактных напряжений. Происходит непропорциональное увеличение касательных напряжений по сравнению с нормальными напряжениями. Одновременно повышаются коэффициенты трения как на передней, так и на задней поверхностях режущего клина. Существенно возрастает температура в зоне стружкообразования. Последнее обстоятельство, в свою очередь, приводит к интенсификации адгезионных явлений, резко возрастает величина степени пластической деформации срезаемого слоя - усадки стружки. В итоге прогрессирующим образом нарастают микроразрушения контактных поверхностей, общий износ существенно интенсифицируется и может закончиться макроразрушением режущего клина.

Не весь водород, проникший в структуру твердых сплавов, в результате сорбционных процессов, оказывает негативное влияние на свойства его компонентов и межфазные границы. Водород, который при эксплуатации твердосплавных режущих инструментов не взаимодействует с компонентами твердого сплава и поступающим в зону контакта кислородом, а за счет десорбции, уходит в окружающую газовую атмосферу, не оказывает деструктивного влияния на рабочие характеристики. Негативное влияние на структуру твердого сплава и на контактные процессы оказывает только та активная часть адсорбированного структурой водорода, которая взаимодействует с компонентами твердого сплава с образованием, различных по силе, химических связей. Такие водородосодержащие соединения, находясь в зонах контакта, участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и препятствуют образованию оксидных пленочных структур и других оксидных образований. Данное обстоятельство существенным образом снижает качество диссипативных процессов в зонах контакта и приводит к снижению износостойкости твердосплавного режущего инструмента группы применяемости К при обработке материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ.

Большое влияние на износостойкость режущих инструментов оказывают процессы образования, сублимации и последующей конденсации оксидов, принадлежащих компонентам твердого сплава и обрабатываемого материала. В результате конденсации газообразного оксидного вещества, происходящем в межконтактном пространстве, на контактных поверхностях как обрабатываемого, так и инструментального материалов, образуются тонкие оксидные пленки наноразмерной величины, которые экранируют межмолекулярное взаимодействие трущихся объектов, а при достаточном наслоении разрушаются и выполняю роль твердой смазки.

Аккумулированный структурой твердого сплава водород проникает в зоны контакта инструментального и обрабатываемого материалов и вступает во взаимодействие с их элементами. Образующиеся гидриды, оксигидриды и оксиды с примесным водородом оказывают большое влияние как на контактные процессы, так и на все основные эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов.

При взаимодействии водорода с формирующимися в зоне контакта оксидами, образуется достаточно большая концентрация комплексных соединений, у которых, в том числе, имеются и водородные связи. Водород, как правило, принимает активное участие в процессах восстановления и препятствует образованию высших оксидов. Формирующиеся оксидные и оксигидридные соединения при наличии в их составе водорода сильно изменяют свои термодинамические и кинетические свойства. Так, при поступлении в межконтактное пространство, из структуры твердого сплава водорода, в нем снижается концентрация, образующихся высших оксидов вольфрама и кобальта и увеличивается концентрация низших оксидов. Особенностью данного явления является то, что низшие оксиды подвергаются сублимации при более высоких температурах, действующих в зонах контакта инструментального и обрабатываемого материалов или вообще исключается их переход из твердого в газообразное состояние. Может оказаться так, что температурный интервал перехода в газообразное состояние с последующей конденсацией и образованием на контактных поверхностях эффективных оксидных пленочных систем, за счет наличия водорода, будет находиться значительно выше оптимальной температуры эксплуатации данного твердого сплава. В этом случае режущий клин твердосплавных режущих инструментов при эксплуатации их на режимах резания, вызывающих низкую температуру в зонах контакта, не будет иметь на контактных поверхностях эффективного экрана в виде тонких оксидных пленок, защищающего их от реакций межмолекулярного взаимодействия. Кроме того, в виду отсутствия нормальных явлений окисления, сублимации, конденсации и образования тонких оксидных слоев и наслоений, контактные поверхности твердосплавного режущего инструмента группы применяемости К не будут подвергаться эффективным смазочным действиям. При высоких температурах эксплуатации твердосплавного режущего инструмента, выше оптимальных температур, будет происходить ускоренный процесс разрушения твердосплавной структуры в зонах контакта за счет интенсивного окислительного, диффузионного и абразивного износов. В обоих случаях износостойкость режущих инструментов будет интенсивно снижаться.

При адсорбции, водород размещается в различных объектах структуры твердых сплавов. Наиболее эффективным местом размещения водорода являются поры, трещины и различного рода система вакансионной дефектности компонентов структуры и их соединений.

Располагаясь, за счет адсорбции в пористой системе карбидного зерна, водород ослабляет связи между вольфрамом и углеродом. Кроме того, его обширное присутствие делает структуру карбидного зерна, существенно, неоднородной по физико-механическим и химическим свойствам, что, собственно, нарушает целостность структуры зерна при действии на его поверхность знакопеременных нагрузок в виде сжатия и растяжения, возникающих на этапах образования адгезионного шва и его разрушения.

В кобальтовой матрице водород размещается также в трещинах и порах, возникающих на этапах размола кобальтового порошка. При нагревании, водородная среда создает в трещинах, имеющих наноразмерную величину высокие давления и благоприятные условия для образования у материала данных частиц повышенной хрупкости.

В процессе спекания твердых сплавов системы карбид вольфрама - кобальт, в области межфазных границ, карбид вольфрама, в некоторой степени, растворяется в кобальте. Образующееся соединение на основе карбида вольфрама и кобальта имеет повышенную хрупкость. Графитовая прослойка на границе препятствует данным твердофазным разрушительным реакциям. С увеличением до некоторой степени толщины графитовой прослойки степень растворения компонентов снижается. Присутствие водорода в области межфазных границ способствует реакции растворения карбида вольфрама в кобальте, дополнительно создавая условия для увеличения хрупкости твердосплавной композиции. Это происходит вследствие того, что водород, располагаясь на границах фаз, взаимодействует с графитом, удаляет его с межфазных границ за счет образования газообразных углеводородных соединений и, таким образом устраняет условия для ограничения разрушительных для композиции твердофазных взаимодействий между карбидом вольфрама и кобальтом.

Вследствие указанных причин, формирующиеся в процессе износа передняя и задняя контактные поверхности режущего клина изначально, ввиду разрушительного присутствия в структуре твердого сплава водорода, являются в прочностном отношении ослабленными. При адгазионном взаимодействии ослабленных контактных поверхностей режущего клина с обрабатываемым материалом отрыв отдельных частей карбидного зерна и кобальтовой прослойки, а в некоторых случаях целого карбидного зерна или группы карбидных зерен с кобальтовым окружением происходит значительно на более ранних стадиях эксплуатации твердосплавного режущего инструмента.

Сопоставление износостойкости твердосплавного режущего инструмента с содержанием водорода в составе оксидной массы, формирующейся при его окислении, наиболее точно отражают корреляционную связь между основной эксплуатационной характеристикой и способностью структуры твердого сплава накапливать водород. Оксидные образования, полученные при температуре, соответствующей оптимальной температуре резания, в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха по составу и свойствам максимальным образом приближаются к свойствам оксидных структур, формирующимся в зонах контакта твердосплавного режущего инструмента, группы применяемости К с обрабатываемым материалом, вызывающим интенсивный адгезионный износ.

Из полученных испытаний при определении износостойкости твердосплавных режущих инструментов и определении количества водорода в оксидной массе также следует, что тонкие оксидные образования, формирующиеся в зонах контакта режущего и обрабатываемого материалов, и их химические, физические и механические свойства оказывают решающие влияния на термодинамику и кинетику трибологических процессов и отражают эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов в целом.

Таким образом состав твердых сплавов, состояние их структуры, наличие в компонентах тех или иных примесей существенным образом оказывают влияние, с одной стороны, на износостойкость режущих инструментов группы применяемости К при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ, а с другой, на их способность аккумулировать при их окислении в своей структуре водород. С уменьшением способности структуры твердого сплава аккумулировать водород и сохранять его затем в оксиде износостойкость твердосплавных режущих инструментов возрастает. С уменьшением водорода в структуре твердого сплава, а в итоге и в оксиде, приводит к улучшению его физико-механических характеристик. Снижается трещиностойкость, что является, существенно, важным при преимущественном действии в зонах контакта режущего инструмента с обрабатываемым материалом адгезионного износа, который сопровождается циклическим локальным силовым воздействием на контактные грани. При снижении в структуре запасенного водорода в зонах контакта с большей вероятностью формируются пленочные структуры, сформированные из высших оксидов, эффективно экранирующие межмолекулярные взаимодействия и являющиеся твердой смазкой.

Существенно важной особенностью предлагаемого способа является то, что в соответстви