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 G0IN 3/58, БИ 1991 №19]. Выбранным исходным параметром в данном способе является величина температуропроводности. Основным недостатком данного способа является то, что очень трудно более или менее точно определить скорость распространения тепла в материалах, в которых носителями тепла являются свободные электроны. Твердые сплавы являются такими материалами, и теплопередача у них обеспечивается за счет движения электронов. Температуропроводность всех твердых сплавов отличается на незначительную величину. Поэтому очень сложно определить флуктуации (изменяющие износостойкость) температуропроводности для одной конкретной марки твердого сплава (они практически незаметны). Последнее сопряжено с большими техническими трудностями. Должное обеспечение в этой ситуации операций контроля точными воздействующими, регистрирующими и вспомогательными приборами и устройствами, гарантирующими необходимую точность, повлечет за собой значительное повышение себестоимости контрольных операций. Вследствие этого данный способ контроля является малоперспективным для использования, как в лабораторных, так и в производственных условиях.

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 T (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, 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 сильноразличающихся 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 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 увеличением концентрации водорода в оксидной структуре твердых сплавах группы применяемости P 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 P в предлагаемом способе решается путем использования выбранного исходного параметра и включает проведение эталонных испытаний режущих инструментов на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания, окисление испытанных режущих инструментов при температуре, соответствующей средней от действующих в зонах контакта, проверку оксидных образцов на изменение величины исходного параметра, 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 инструментов на основании зависимости:

где a_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 структуры твердосплавных режущих инструментов из текущей - контролируемой партии твердосплавной продукции;

Т_э1 и Т_э2 - износостойкость в минутах для двух независимых выборок твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;

ω_Э1 и ω_Э2 - 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 увеличением которой износостойкость твердосплавных режущих инструментов, группы применяемости P возрастает.

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

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

Процессы формирования оксидных пленок на контактных поверхностях режущего клина при резании твердосплавными режущими инструментами группы применяемости P материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, являются нежелательными. Они еще в большей степени интенсифицируют твердофазные реакции между инструментальным и обрабатываемым материалами и приводят к преждевременным разрушениям режущих инструментов. Все мероприятия, направленные на уменьшение окисления контактных поверхностей режущего клина, приводят к повышению износостойкости твердосплавных режущих инструментов.

Внутренняя структура твердосплавного режущего инструмента группы применяемости P, 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 поглощать водород. Водород оказывает большое влияние как на формирование самой структуры твердого сплава, так и на процессы, развивающиеся в зонах взаимодействия инструментального и обрабатываемого материалов в процессе резания. Накопление водорода во внутренней структуре твердых сплавов происходит как на стадиях получения порошков, так и при их спекании. Приготовление порошков и спекание твердых сплавов производится в водородосодержащей атмосфере при достаточно высоких температурах. Водород, проникая в глубинные области компонентов твердых сплавов группы применяемости P, участвует в образовании твердых растворов, а также карбогидридных, оксикарбогидридных, карбонитрогидридных и иных соединений. Твердые растворы водорода и особенно указанные водородосодержащие комплексные соединения эффективно экранируют проникновение во внутреннюю структуру инструментального материала атомов и молекул обрабатываемого материала и окружающей газовой среды и соответственно исключают или снижают вероятность образования в процессе твердофазных химических реакций разрыхляющих соединений на поверхности и в объеме компонентов твердого сплава. При резании сталей и сплавов поглощенный на этапе спекания структурой твердого сплава водород в той или иной степени выделяется из структуры, проникает в межконтактные зоны системы инструментальный - обрабатываемый материал, участвует в процессах образования сложных соединений, восстановления образующихся оксидов, оказывает большое влияние на контактные процессы и способствует повышению износостойкости режущих инструментов.

Интенсивное перемещение водорода в составе компонентов твердого сплава приконтактной области, происходящее при эксплуатации твердосплавного режущего инструмента, снижает концентрационный и электрический градиент, необходимый для активной диффузии других элементов в глубинные слои твердого сплава или, наоборот, из глубинных слоев к поверхности. Вследствие этого в приконтактных зонах режущего клина формируются структуры, эффективно препятствующие диффузионным процессам в глубинную структуру твердого сплава элементов, со стороны обрабатываемого материала и окружающей газовой среды. Вероятность твердофазных реакций и окислительных процессов в межконтактном пространстве при этом значительно снижается.

Водород, проникая в межконтактную зону, между режущим и обрабатываемым материалами, участвует в восстановлении образующихся оксидов, а также формирует с ними слоистые оксикарбогидридные соединения. Данная оксикарбогидридная диссипативная структура, между передней поверхностью режущего клина и сходящей стружкой, а также между задней поверхностью режущего клина и обрабатываемой поверхностью стальной заготовки состоит как минимум из двух частей. Одна часть оксикарбогидридной структуры с высоким содержанием водорода и низким содержанием кислорода, прилегающая к контактным - передней и задней поверхностям режущего клина, выполняет преимущественно роль противодиффузионного барьера. Другая часть, находящаяся над первой, так же, как на передней, так и на задней поверхностях режущего клина, но с низким содержанием водорода и с высоким содержанием кислорода, выполняет роль твердой смазки. Выполнение противодиффузионного барьера первым слоем становится возможным вследствие его низкой реакционной активности и плотности. Решение смазочных задач вторым слоем становится возможным вследствие действия высоких температур в зонах контакта, давлений и интенсивной пластической деформации оксикарбогидридной массы, происходящей при резании твердосплавными режущими инструментами группы применяемости P материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ. В состав первого - приконтактного противодиффузионного слоя, располагающегося в приповерхностных слоях твердосплавной структуры, входят элементы компонентов твердого сплава, водород и незначительное количество кислорода. Процесс образования и реконструкции приповерхностного противодиффузионного слоя продолжается в течение всего периода эксплуатации твердосплавного режущего инструмента - с начального и в продолжении всего нормального периода изнашивания его структуры. В состав второго слоя, выполняющего роль твердой смазки, входят элементы обрабатываемого материала, кислород и незначительное количество водорода. Процесс образования и реконструкция слоя, выполняющего роль твердой смазки, также происходит в течение всего периода эксплуатации твердосплавного режущего инструмента. Большое влияние на формирование диссипативной структуры на рабочих гранях твердосплавного режущего инструмента оказывают контактные напряжения. С уменьшением касательной составляющей действующих напряжений качество и эффективность диссипативных образований в зонах контакта возрастает. Нормальные напряжения определяю, как температурный режим в зонах контакта, так и доступность в данную область кислорода атмосферного воздуха. При достаточном поступлении в межконтактное пространство из окружающей газовой среды кислорода на контактных поверхностях преимущественно, образуются оксидные и оксикарбидные структуры. Это приводит к снижению коэффициентов трения и температуры в трибологических зонах. Последние обстоятельства способствуют увеличению нормальных напряжений и плотности контакта. Поступление кислорода в межконтактные пространства при этомзамедляется, а водорода из глубинных слоев структуры твердых сплавов значительно увеличивается. Данному обстоятельству также способствует снижение температуры на контактных поверхностях и высокий концентрационный градиент. В межконтактном пространстве при этом преимущественно образуются гидридные и карбогидридные структуры. Преимущественный характер образования указанных структур приводит к росту касательных напряжений, коэффициентов трения как на задней, так и на передней поверхности режущего клина, температуры на рабочих гранях твердосплавного режущего инструмента, снижению нормальных напряжений и плотности контакта и соответственно созданию более благоприятных условий для поступления в межконтактные области кислорода окружающей газовой среды.

Периодическое формирование в зонах контакта инструментального и обрабатываемого материалов со стороны стружки и обрабатываемой поверхности заготовки преимущественно оксидных, а со стороны инструментального материала преимущественно гидридных структур приводит к установлению термодинамического равновесия между процессами окисления и восстановления в межконтактном пространстве. Процесс успешного функционирования твердосплавных режущих инструментов, определяемый процессами периодического окисления и восстановления межконтактных структур в течение экономически обоснованного периода безаварийной работы твердосплавного режущего инструмента, определяется наличием в структуре композиционного материала достаточного количества водорода.

С увеличением в составе твердых сплавов группы применяемости P водорода вероятность формирования в межконтактной области структур, эффективно препятствующих диффузионным процессам и выполняющим роль твердой смазки, повышается. Отделение внешней части диссипатиной структуры от прилежащей к контактным поверхностям режущего клина внутренней части при реализации смазочных эффектов становится возможным при критическом снижении содержания водорода в верхнем слое, что достигается в процессе эффективного его окисления.

В итоге резание сталей мартенситного, перлитного, ледебуритного классов и других материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, при наличии в межконтактном пространстве эффективной диссипативной структуры сопровождается достижением режущими инструментами группы применяемости P наибольшей износостойкости.

Из основных компонентов структуры твердых сплавов группы применяемости P наиболее активными поглотителями водорода являются карбид титана, сложный карбид титана и вольфрама, карбид вольфрама, кобальт, графит и их соединения.

Твердые сплавы группы применяемости P наиболее интенсивно насыщаются водородом на этапе их спекания. Процесс взаимодействия формовок твердого сплава с водородом в процессе спекания осуществляется в такой последовательности: на первом этапе происходит физическая адсорбция молекул водорода поверхностью данного сформованного материала. На втором этапе адсорбированные молекулы водорода подвергаются диссоциации на отдельные атомы. Процесс диссоциации реализуется на активных центрах, располагающихся на поверхности и в приповерхностном слое компонентов спекаемого твердого сплава. Водород, диссоциированный на отдельные атомы, приобретает высокую подвижность и диффундирует с большой скоростью во внутреннюю структуру компонентов твердого сплава и межфазное пространство.

Активные центры структуры компонентов твердых сплавов образуют примеси и систему вакансионной дефектности. Примесные элементы входят в состав всех компонентов твердых сплавов группы применяемости P: карбида титана, сложного карбида, карбида вольфрама и кобальта. Система вакансионной дефектости у компонентов формируется в процессе их приготовления. Сюда входит стадия получения порошков, их размол в шаровых мельницах, процесс получения карбидов титана, сложных карбидов и карбида вольфрама. С увеличением температуры карбидизации, в зависимости от наличия тех или иных примесей концентрация вакансий в структуре может как увеличиваться, так и уменьшаться. При этом соотношение между отдельными вакансиями, дивакансиями и вакансионными комплексами также будет изменяться. Образование вакансий в соединениях при карбидизации металлических порошковых элементов происходит в результате твердофазных реакций между ними и атомами углерода вследствие неупорядоченности процессов диффузии металлических элементов из глубинных слоев к поверхности и, наоборот, атомов углерода в глубинные слои металла. При достаточно высокой энергии активации структуры титана и вольфрама, полученной ими на этапе размола, атомы глубинных слоев данных элементов при карбидизации будут активно совершать диффузию к поверхности, образуя высокую концентрацию вакансий в кристаллографической системе центральных областей. При высоком концентрационном градиенте между графитом и металлическими частицами насыщение металлической матрицы углеродом будет происходить с высокой скоростью, а степень вакансионной дефектности будет снижаться. В данном случае процесс аккумуляций водорода структурой карбидных зерен, происходящий при спекании твердосплавных режущих инструментов, будет низким. Если одновременно между графитом и металлическими частицами, например, вследствие наличия в их составе определенных примесей будет существовать низкий концентрационный градиент, то заполнение атомами углерода металлической структуры будет низким. Кристаллическая структура образующегося в этом случае соединения между металлом и углеродом будет иметь высокую степень вакансионной дефектности. В данном случае насыщение структуры карбидных зерен водородом при спекании твердосплавных режущих инструментов группы применяемости P в водородосодержащей среде будет достаточно высоким.

В результате повышения степени пластической деформации частиц кобальтовой компоненты при размолах в шаровой мельнице их способность аккумулировать водород в составе формовок, подвергающихся спеканию в водородосодержащей среде, возрастает. Причем наиболее высокую концентрацию водорода кобальтовая компонента аккумулирует при наличии в ее структуре высокой концентрации вакансий и дивакансий. С увеличением концентрации мелких и крупных пор, объединяющих в группы несколько вакансий, способность кобальтовых частиц аккумулировать водород снижается.

Как правило, на поверхности карбидных зерен изначально располагается повышенная концентрация углерода, находящегося в свободном состоянии, и углерода слабосвязанного с металлической компонентой. Водород при спекании, проникая в межфазную область, располагающуюся между кобальтовой и карбидной компонентами, может взаимодействовать со свободным и слабосвязанным углеродом с образованием в результате газообразных углеводородов. Вследствие последующего удаления газообразных продуктов пространство между составляющими композит компонентами становится свободным от углеродного содержания. Это, в свою очередь, стимулирует процесс твердофазных реакций в особенности между кобальтовой и титановой компонентами. Интенсивность взаимодействия объектов композиции тем выше, чем ниже концентрация углерода в межконтактной области, а также на поверхности и в приповерхностных слоях карбидного зерна. В результате частичного пограничного растворения карбида титана, сложного карбида и карбида вольфрама в кобальте образуются интерметаллиды с плотной структурой и высокой способностью аккумулировать водород. Одновременно с этим увеличивается также и аккумулирующая способность по отношению к водороду и самой кобальтовой структуры. Твердофазные реакции на границах фаз между карбидами и кобальтовой составляющей приводят к повышению термодинамической стабильности инструментальной композиции, ее прочности и жесткости в целом. Получение твердосплавной структурой при участии водорода, отмеченных выше свойств является существенно важным в условиях активной сопротивляемости режущего клина высокотемпературному изнашиванию при действии интенсивных диффузионных потоков вещества как со стороны обрабатываемого материала в тело инструментального материала, так и, наоборот, с его стороны в направлении зон контакта.

Формирующиеся в межконтактном пространстве диссипативные оксикарбогидридные структуры экранируют диффузионные потоки и выполняют роль твердой смазки. Вместе с тем, при достижении в межконтактных пространствах между передней поверхностью режущего клина и стружкой, а также между задней поверхностью режущего клина и поверхностью обрабатываемого материала высоких температур данные оксикарбогидридные образования подвергаются деструктивным изменениям.

При этом нижний слой оксикарбогидридов, располагающийся на поверхности и в приповерхностной области режущего клина, превращается в оксикарбидный слой и теряет в некоторой степени способность к экранированию диффузионных потоков вещества. Только поступление достаточной концентрации водорода из глубинных слоев твердого сплава в межконтактные пространства гарантирует непрерывную реконструкцию состава и строения поверхностных оксикарбогидридов и обеспечивает их высокую эффективность. Наличие высокой концентрации водорода в межконтактной диссипативной структуре и в приконтактных областях твердого сплава существенным образом повышает теплопроводность всей зоны резания. Вследствие этого интенсивный характер отвода тепла от контактных поверхностей режущего клина представляет возможным эксплуатировать твердосплавный режущий инструмент группы применяемости P на более высоких режимах резания, без значительного риска его катастрофического разрушения. Увеличение скорости тепловых потоков в глубинные слои структуры твердого сплава, в свою очередь, препятствует поступлению водорода в зоны контакта. Таким образом, процесс образования диссипативных оксикарбогидридных структур в межконтактных зонах саморегулируется за счет тепловых потоков, распространяющихся в глубинные слои твердого сплава, и обратной по направлению в зоны контакта диффузии водорода. Водород, содержащийся в структуре приконтактной области твердосплавных режущих инструментов, оказывает большое влияние на процессы зарождения и движения дислокаций в результате напряжений, вызываемых силой резания.

Компоненты инструментальных материалов после их получения находятся в состоянии сжатия, растяжения или более сложного напряженного состояния. Действие таких напряжений снижает уровень термодинамической стабильности инструментальной композиции. Высокие значения напряжений сжатия, растяжения или действие более сложной схемы нагрузки в отдельных компонентах твердосплавных режущих инструментов может привести при их эксплуатации к существенному локальному разрушению структуры и явиться основной предпосылкой для дальнейшего обширного разрушения контактных поверхностей режущего клина.

Водород, содержащийся в структуре приконтактной области твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р, оказывает большое влияние на процесс зарождения и движение дислокаций, генерируемых действием высоких температур и сил резания. Наличие водорода приводит к снижению напряжений, ответственных за перемещение дислокационной системы. В итоге стимулируемое водородным участием движение дислокаций в структуре компонентов и в области межфазных границ на начальном этапе эксплуатации твердосплавных режущих инструментов приводит к снижению остаточных напряжений. Это происходит в результате смещения всех элементов структуры в позиции, в которых их внутренняя энергия будет наименьшей из всех возможных. В условиях достигнутого термодинамического равновесия снижается вероятность разрушительных для структуры инструментального материала различных твердофазных реакций с обрабатываемым материалом. При этом также сдвигается в сторону более высоких температур процесс начала взаимодействия контактной поверхности твердосплавного режущего инструмента с элементами окружающей газовой среды. В итоге износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости P при резании материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, возрастает.

Диссипативные структуры, формирующиеся на контактных поверхностях твердосплавного режущего инструмента, состоят как минимум из двух частей. Первый слой, прилежащий непосредственно, к рабочей поверхности режущего клина, состоит преимущественно из оксикарбогидридов компонентов инструментального материала. Данный слой имеет высокое значение теплопроводности, участвует в интенсивном отводе тепла из контактной зоны в тело режущего инструмента и обеспечивает надежное экранирование диффузионных потоков вещества в основном со стороны твердого сплава. Интенсивность теплоотвода зависит в значительной степени от концентрации водорода в оксикарбогидридном соединении и в приповерхностных слоях твердосплавного режущего инструмента. Второй слой межконтактной диссипативной структуры располагается над первым и состоит преимущественно из оксидов инструментального и обрабатываемого материалов. Данный слой имеет высокое значение теплоемкости, препятствует распространению тепла со стороны обрабатываемого материала в инструментальный твердый сплав, размягчается от действия высоких температур и эффективно выполняет смазочные функции. Периодический унос всего данного слоя или его отдельных частей прирезцовой поверхностью сходящей стружки или обрабатываемой поверхностью заготовки резко снижает тепловую нагрузку в зонах контакта инструментального и обрабатываемого материалов. Реконструкция данного слоя после периодического его разрушения выполняется за счет нижележащего первого слоя. Это происходит вследствие интенсивного окисления внешней поверхности первого слоя после уноса верхнего слоя. Повышенный доступ в зоны контакта кислорода окружающей газовой среды инициируется в это время высокочастотными колебаниями режущего инструмента, вызываемыми прохождением разрушенных частей оксидов вдоль длины контакта стружки с передней поверхностью режущего клина и поверхностью обрабатываемого материала с задней поверхностью режущего клина. Одновременно с реконструкцией второго слоя диссипативной структуры происходит интенсивное насыщение водородом основания первого слоя и его реконструкция.

В составе первого оксикарбогидридного слоя диссипативной структуры присутствуют также оксиды и гидриды.

Образование гидридов, входящих в состав оксикарбогидридного первого слоя, стимулируется высокими температурами и давлениями, а также поступлением в приконтактные области окиси углерода, образующегося при окислении карбидов.

Высокотемпературный диффузионный износ режущих инструментов группы применяемости P включает в себя в том числе окисление карбидов и сублимацию оксидного вещества. Вместе с тем, при некоторых, контролируемых условиях проведения операций резания материалов процессы окисления могут прийти в состояние термодинамического равновесия с процессами восстановления формирующихся оксидных образований. Существование термодинамического равновесия между процессами окисления и восстановления карбидов может быть нарушено процессом полимеризации формирующихся оксидных образований и их сублимации, которые приводят к существенному нарушению целостности структуры, твердых сплавов группы применяемости Р. Это вызывается тем, что в состав твердых сплавов данной группы входит карбид вольфрама, легко подвергающийся окислению. Причем карбид вольфрама может существовать в составе твердых сплавов в виде отдельной фазы, а также в растворе с карбидом титана. Процессу интенсивного окисления, образованию полимерных оксидных комплексов и их сублимации из композиции подвержен в первую очередь карбид вольфрама. Удаление за счет сублимации из структуры этого компонента существенным образом нарушает ее общую и локальную целостность. Снижается уровень напряжений сжатия, растяжения, кручения, сдвига или их комбинаций, необходимых для отделения отдельных смежных с разрушенной позицией элементов, различных по размерам и составу. В итоге твердосплавная композиция в области контактов с обрабатываемым материалом подвергается интенсивному разрушению и теряет свои эксплуатационные свойства. Наличие оксикарбогидридных соединений в приконтактных слоях режущего клина препятствует процессам окисления карбида вольфрама, полимеризации и сублимации оксидных образований. Вследствие этого твердосплавные режущие инструменты данной группы при обработке ими материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, можно эксплуатировать с более высокими режимами обработки. В этом случае достигается более высокая производительность.

Водород, аккумулируемый структурой твердых сплавов, создает на границах карбидных зерен титана и сложных карбидных зерен с кобальтом гидридные соединения, имеющие высокие тепло- и температуропроводность. Чем больше в состав твердого сплава группы применяемости P входит водорода, тем в большей степени композиция обладает способностью передавать тепло по межфазным границам в свои глубинные слои и т.д. При этом тепловая деструкция структуры карбидных зерен фактически не происходит. В этом случае карбидная фаза твердых сплавов сохраняет основные механические характеристики, такие как твердость, предел прочности на сжатие, предел прочности на растяжение, предел прочности на изгиб, предел прочности на кручение, вязкость разрушения и др. на достаточно высоком уровне.

Таким образом, сочетание высокой тепло- и температуропроводности межфазных границ и высоких механических характеристик карбидных зерен делает возможным для данного класса твердосплавных инструментальных материалов группы применяемости P их эффективное применение при обработке различных материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ.

Таким образом, в результате аккумулирования водорода твердосплавными инструментальными материалами группы применяемости P увеличение эксплуатационных характеристик режущих инструментов происходит за счет образования в зонах контакта диссипативных оксикарбогидридных структур. Достаточное количество водорода, аккумулированное твердосплавной структурой, создает условия для уравновешивания процессов окисления и восстановления диссипативной массы, формируемой в зонах контакта, поддерживает ее термодинамическую стабильность. Снижение интенсивности окислительн