Физическая природа изнашивания

В процессе резания контактные поверхности инструмента подвергаются действию чрезвычайно высоких напряжений и температур, что в сочетании с высокими скоростями скольжения приводит к затуплению инструмента и образованию очагов износа. Процесс изнашивания инструмента является нормальным рабочим процессом и протекает при любых условиях резания. Задача состоит в том, чтобы условия резания обеспечивали минимальную (или экономически оправданную) интенсивность этого процесса. Интенсивность изнашивания зависит от большого числа факторов (свойства инструментального и обрабатываемого материалов, режимы резания и т.д.). В зависимости от конкретных условий обработки физическая природа изнашивания контактных поверхностей может определяться либо механическим истиранием, либо физико-химическими процессами, тесно связанными с температурой.

Абразивно-механический износ является результатом царапанья контактных поверхностей инструмента твердыми частицами, входящими в структуру обрабатываемого материала. Такими частицами могут быть зерна карбидов, цементит, силикаты и др. Как правило, чем выше отношение значений твердости инструментального и обрабатываемого материалов, тем ниже интенсивность абразивного износа. Однако с увеличением содержания карбидообразующих элементов и интерметаллических соединений истирающая способность сталей и сплавов увеличивается. Абразивный износ имеет место даже при очень низких температурах. С увеличением температуры его интенсивность увеличивается, что особенно характерно для многофазных инструментальных материалов с металлической связкой. В результате ослабления связки, частицы карбидов твердых сплавов вырываются сходящей стружкой, царапая на своем пути поверхность контакта. Аналогичный эффект производят и срывающиеся частицы нароста, особенно при работе инструментами из быстрорежущей стали.

Адгезионный износ. Контактирующие поверхности стружки и инструмента не являются абсолютно гладкими, поэтому реальный контакт имеет место по отдельным микронеровностям. В результате действия чрезвычайно высоких контактных давлений происходит разрушение окисных пленок и сваривание этих микронеровностей, т.е. образование «мостиков адгезии».

Движение стружки вызывает образование в мостиках сдвигающих напряжений и их разрушение. В зависимости от прочности обрабатываемого и инструментального материалов это разрушение может происходить либо по мостику, или по обрабатываемому материалу, или по материалу инструмента, ослабленному в результате циклического характера возникновения и разрушения мостиков в одной и той же точке. В последнем случае говорят о так называемом усталостном износе. Для возникновения адгезии необходимы определенные условия, характеризующиеся достаточно высокой температурой (около 40 % от температуры плавления обрабатываемого материала) и высоким давлением. Эти условия соответствуют работе с большими сечениями среза на сравнительно малых скоростях резания.

Диффузионный износ. С увеличением температуры резания до 900-1000°С происходит увеличение активности атомов обрабатываемого и инструментального материалов. Вступление в контакт свежих участков вновь образованных поверхностей при наличии высоких температур и контактных давлений создает условия для взаимной диффузии элементов через площадку контакта. Легирующие элементы (углерод, вольфрам, титан, кобальт) диффундируют в обрабатываемый материал, и контактная твердость поверхности инструмента уменьшается. Это создает благоприятные условия для интенсификации адгезии абразивного истирания.

Химический или окислительный износ.При высоких температурах резания нагретые участки рабочих поверхностей инструмента контактируют с воздухом или СОЖ. В этих условиях некоторые элементы инструментального материала могут вступать в химические реакции с кислородом или компонентами СОЖ, вызывая тем самым химический или окислительный износ.