РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

На развитие процессов внешнего трения оказывают влияние многие факторы: вид трения; величина нагрузки и характер ее приложения; скорость относительного скольжения; среда, в которой происходит трения поверхностей; структура и свойства материалов контактирующих тел [13-15]. Эти факторы определяют напряженно-деформированное состояние материалов тел в зоне трения и характер их разрушения.

В работе исследовалась работоспособность инденторов, изготовленных из ШХ15, Р6М5, Р18, ВК2, ВК4М, ВК8, ВК8М, ВК15, ВК60М, Т15К6, Т30К4.

Эксперименты показали, что наибольшей износостойкостью в условиях УЗО обладают инструменты, изготовленные из твердого сплава ВК8.

На рисунке 1 приведены типовые кривые «Износ- скорость обработки» для инденторов из твердого сплава ВК8. Как видно, кривые имеют не монотонный характер, минимальны износ наблюдается в диапазоне скоростей

30…70 м/мин независимо от статической нагрузки Рст. Увеличение амплитуды колебаний инструмента не изменяет характер кривой, но интенсифицирует процесс изнашивания твердого сплава (Рис. 2).

Рис. 1. Кривые износа при пути трения L = 1700 м:

1 – Рст = 200 Н; 2 - Рст = 300 Н; 3 - Рст = 400 Н

Рис. 2. Зависимость диаметра площадки износа от амплитуды колебаний инструмента:

1 – V = 10 м/мин; 2 - V = 50 м/мин; 3 - V = 120 м/мин;

Как правило, в процессе трения одновременно наблюдается несколько видов изнашивания трущихся поверхностей [13], при этом их вклад в величину суммарного износа может быть соразмерным или проявляться ведущий вид (виды), ответственный за характер и величину износа.

Анализируя условия взаимодействия трущихся поверхностей при УЗО можно предположить, что наиболее характерными видами изнашивания индентора могут быть абразивный, кавитационный, адгезионный, усталостный.

Внешним проявлением абразивного вида изнашивания является наличие на площадке износа следов микрорезания и (или) борозд, которые возникают за счет пластического деформирования материала индентора отдельными свободными или закрепленными частицами.

Оптические исследования показали, что на площадке износа ни зарапины, ни борозды не наблюдаются. Даже если имеет место отделение частиц или зерен карбида WC за счет усталостных или других явлений при УЗО, то циклический характер взаимодействия тел и течения в СОЖ, вероятно, способствуют их быстрому удалению из зоны контактирования. Следовательно, абразивный вид изнашивания инденторов из твердого сплава ВК 8 не является характерным при УЗО.

137 Изучение роли адгезионного изнашивания в интегральном износе твердого сплава проводилось по наличию налипов материала детали на площадке износа.

Электроннографические и электронномикроскопические исследования не выявили наличие упрочняемого материала на площадке износа. Наряду с указанными исследованиями изучался химический состав материала площадки износа с помощью рентгеноспектрального микроанализа, который показал, что содержание вольфрама, кобальта и их распределение соответствует исходному состоянию твердого сплава ВК8, а интенсивность линии Fe на изношенной поверхности соответствует уровню фона. Если и возникает адгезионная связь между поверхностями детали и индентора при УЗО, то она не прочная и разрушение происходит по месту ее возникновения.

Неизменность химического состава изношенной поверхности и поверхности образца позволяет говорить о тот, что при рассматриваемых режимах интенсификации процессов диффузии Fe в твердый сплав ВК8 и W и Co в обрабатываемый материал не происходит. Диффузия углерода в работе не рассматривалась. Полученные результаты позволяют говорить о том, что адгезионный и диффузионный механизмы изнашивания при УЗО не являются основными, ответственными за интегральный износ.

Одним из видов изнашивания инденторов при УЗО может быть кавитационное, поскольку для этого имеются условия: наличие жидкой среды (масло

«Индустриальное 45») и источника ультразвуковой энергии – концентратора-волновода. Кроме того источником кавитации могут быть зоны разряжения, возникающие в потоке жидкости при обтекании неровностей поверхности.

Исследования морфологии поверхности инденторов из твердого сплава ВК8 показали, что явных следов кавитационного разрушения на площадке износа не обнаруживается, хотя вне зоны непосредственного контакта индентора через 20…25 минут изнашивания наблюдается матовый ореол и виде пояска. Низкая интенсивность кавитационных процессов может быть объяснена тем, что при УЗО в качестве СОЖ использовалось масло «Индустриальное 45», обладающее повышенной вязкостью, что сдерживает развитие кавитации. Таким образом, для рассматриваемых технологических режимов кавитационное изнашивание не является существенным и не может быть ответственным за суммарный износ инденторов из твердого сплава ВК8.

Для большинства твердых материалов одним из ведущих видов изнашивания является усталостный.

Исследование состояния площадки износа позволяют говорить о том, что при УЗО наряду с упругой деформацией происходит и пластическая деформация материала инструмента. По морфологии площадки износа видно (Рис. 3 а, б, в), что на малых скоростях зерна карбида выявляются более четко, что может быть результатом межфазного скольжения и разрушения по границе WC-Co. При достижении скорости 50 м/мин и

выше интенсивно деформируется и разрушается сам кобальт, поэтому происходит замазывание границ WC, что и подтверждает рентгеноспектральный микроанализом.

а

б

в

Рис. 3. Поверхность износа твердого сплава при различной скорости обработки; реплика х7000:

а – V = 10 м/мин; б - V = 50 м/мин; в - V = 120 м/мин

Изучение межзерѐнных границ WC-WC (рис. 4) показало, что они прочные и о каком-либо смещении зерен WC друг относительно друга при У30 говорить трудно. Поэтому естественно полагать, что межзѐренное скольжение WC-WC не может быть ответственно за формирование микрорельефа площадки износа и ее разрушение.

Протекание пластической деформации в карбидных зернах проявляется в виде полос скольжения.

Скольжение в WC обнаружены при скоростях V = 10, 50 м/мин. При дальнейшем увеличении скорости до V = 80, 120 м/мин, полос скольжения выявляемых методом

138 химического травления в реактиве Мураками. не обнаружено.

Рис. 4. Межзерновая граница WC-WС; реплика х12000

О выявлениях полосах скольжения можно сказать следующее:

 распределение следов скольжения происходит в пределах одного карбида, линии скольжения за пределы зерна WC не распространяются;

 скольжение в основном сосредоточено в небольшом количестве полос, распространяющихся на весь карбид. На карбидах выявляются в основном 2…4 полосы. Однако при V = 50 м/мин выявляются карбиды, в которых скольжение сосредоточено в 6…8 полосах (Рис. 5);

Рис. 5. Полосы скольжения в карбидах WC, реплика х12000:

V = 50 м/мин

 полосы скольжения в основном тонкие, преимущественно короткие. В некоторых карбидах WC имеются более широкие полосы с утолщенными местами. Эти полосы уже являются зарождением усталостных трещин (Рис. 6). Таким образом, незначительное нарушение однородности скольжения, свидетельством чего являются появления утолщенных участков в полосе скольжения, приводит к зарождению в WC трещин, что говорит о высокой его хрупкости;

 наблюдается и дисклинационное действие полос, приводящее к разрушению WC (рис. 7).

Отсутствие полос скольжения на WC изношенной поверхности инструмента при УЗО при скоростях V = 80, 120 м/мин, соответствующих восходящей ветви кривой «Износа – скорость обработки», вероятно, связано с тем, что возникающая при этом температура уже достаточна для протекания таких процессов, как полигонизация.

Рис. 6. Зародившиеся трещины в полосах скольжения, реплика, х12000

Рис. 7. Разрушение WC по полосе скольжения, реплика, х12000 Исследование расположения полос скольжения по глубине площадки износа показало, что после удаления слоя толщиной 0,2 мкм полированием обнаруживаются тонкие полосы скольжения. После удаления 0,6 мкм - полос скольжения не обнаружено (рис. 8).

а

б

Рис. 8. Поверхность износа после удаления слоя толщиной h, реплика, х12000:

а – h = 0,2 мкм;. б – h = 0,6 мкм

Внутрезерновая структура WC выявляемая электрохимическим травлением в 15% растворе аммиака,

139 обнаруживается на всем диапазоне исследуемой скорости V = 10…120 м/мин. Сказать же об ее особенностях при различных скоростях при нашем разрешении сложно.