Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна
It has been found experimentally, that release of diamond grit, which is mechanically fixed in a metal bond, occurs under fatigue damage of loaded pit’s sidewall after irreversible interphase plasto-elastic deformation of adjoining area up to 70 μm in depth.
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22700 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна / В.А. Коновалов, В.Н. Ткач, В.В. Шатохин // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 504-508. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22700 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-227002025-06-03T16:04:01Z Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна Коновалов, В.А. Ткач, В.Н. Шатохин, В.В. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности It has been found experimentally, that release of diamond grit, which is mechanically fixed in a metal bond, occurs under fatigue damage of loaded pit’s sidewall after irreversible interphase plasto-elastic deformation of adjoining area up to 70 μm in depth. 2009 Article Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна / В.А. Коновалов, В.Н. Ткач, В.В. Шатохин // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 504-508. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22700 621.923:666.233 ru Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения application/pdf Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| spellingShingle |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Коновалов, В.А. Ткач, В.Н. Шатохин, В.В. Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description |
It has been found experimentally, that release of diamond grit, which is mechanically fixed
in a metal bond, occurs under fatigue damage of loaded pit’s sidewall after irreversible interphase
plasto-elastic deformation of adjoining area up to 70 μm in depth. |
| format |
Article |
| author |
Коновалов, В.А. Ткач, В.Н. Шатохин, В.В. |
| author_facet |
Коновалов, В.А. Ткач, В.Н. Шатохин, В.В. |
| author_sort |
Коновалов, В.А. |
| title |
Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна |
| title_short |
Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна |
| title_full |
Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна |
| title_fullStr |
Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна |
| title_full_unstemmed |
Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна |
| title_sort |
разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22700 |
| citation_txt |
Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна / В.А. Коновалов, В.Н. Ткач, В.В. Шатохин // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 504-508. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| work_keys_str_mv |
AT konovalovva razrušeniemetalličeskojsvâzkiprivysokoskorostnomcikličeskomnagruženiialmaznogozerna AT tkačvn razrušeniemetalličeskojsvâzkiprivysokoskorostnomcikličeskomnagruženiialmaznogozerna AT šatohinvv razrušeniemetalličeskojsvâzkiprivysokoskorostnomcikličeskomnagruženiialmaznogozerna |
| first_indexed |
2025-11-25T05:16:01Z |
| last_indexed |
2025-11-25T05:16:01Z |
| _version_ |
1849738158607958016 |
| fulltext |
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
504
камней либо близких по химическому или минералогическому составу, а также по прочност-
ным свойствам.
Полученные данные могут быть использованы для определения технологических па-
раметров изготовления различных деталей и изделий из камня алмазным инструментом с
соответствующими характеристиками алмазоносного слоя.
Литература
1. Изделия камнерезные. ТУУ 26.7-23504418-001:2007. – Введ. 01.05.07.
2. ДСТУ БВ.2.7-37-95. Строительные материалы. Плиты и изделия из природного камня.
Технические условия. – Введ. 01.01.96.
3. ДСТУ БВ.2.7-16-95. Строительные материалы. Материалы стеновые каменные. Но-
менклатура показателей качества. – Введ. 01.07.95.
4. Сычев Ю. И., Берлин Ю. Я. Шлифовально-полировальные и фрезерные работы по
камню. – К.: Стройиздат, 1985. – 312 с.
5. Добыча и обработка природного камня. Справочник / Под ред. А. Г. Смирнова. – М.:
Недра, 1990. – 446 с.
6. Сидорко В. И. Научные основы процессов финишной алмазно-абразивной обработки
природного и синтетического камня: Дис…. д-ра техн. наук: 05.03.01. К., 2006.
396 с.
7. Словарь-справочник по новой керамике / Е. Л. Шведков, И. И. Ковенский, Э. Т. Дени-
сенко, А. В. Зырин – К.: Наук. Думка, 1991. – 280 с.
8. ГОСТ 30629-99. Материалы и изделия облицовочные из горных пород. Методы испы-
таний. – Введ. 01.01.01.
9. Пат. 33227 Украина, МПК (2006). B28D 1/00: Способ определения обрабатываемости
камня / В. И. Сидорко, В. В. Пегловский, В. Н. Ляхов, Е. М. Поталыко. – Заявл.
21.02.08; Опубл. 10.06.08, Бюл. № 11.
Поступила 07.04.09.
УДК 621.923:666.233
В. А. Коновалов, канд. техн. наук, В. Н. Ткач, канд. физ.-мат. наук,
В. В. Шатохин
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СВЯЗКИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ
ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ АЛМАЗНОГО ЗЕРНА
It has been found experimentally, that release of diamond grit, which is mechanically fixed
in a metal bond, occurs under fatigue damage of loaded pit’s sidewall after irreversible interphase
plasto-elastic deformation of adjoining area up to 70 μm in depth.
Актуальность
Различие каркаса алмазного и обычного абразивного шлифовального инструмента, за-
висящее от концентрации зерен в рабочем слое, предопределяет самостоятельную роль связ-
ки в процессе резания. Связка обеспечивает оптимальную прочность закрепления алмазных
зерен, а также необходимую износостойкость при контактировании с обрабатываемым мате-
риалом и шламом в зоне шлифования. Другими словами, связка определяет экономически
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
505
выгодное самозатачивание рабочего слоя инструмента, основным элементом которого явля-
ется замена изношенных зерен новыми.
В этой связи ведущее значение приобретает своевременное удаление изношенных зе-
рен в зависимости от характера разрушения связки. Раскрытие механизма разрушения связки
при высокоскоростном циклическом нагружении зерна является актуальной задачей.
Состояние вопроса
Существенная роль связки в обеспечении работоспособности алмазно-абразивного
инструмента отмечалась как в начале его широкого использования [1; 2], так и внастоящее
время [3; 4]. Была предпринята попытка оценить влияние удерживающей способности и из-
носостойкости связки на работоспособность инструмента на основе модельных эксперимен-
тальных исследований [5].
Однако сведений об особенностях процесса самозатачивания и локальном разруше-
нии связки под действием циклической нагрузки в литературе не обнаружено.
Цель настоящей работы – установить механизм разрушения связки в процессе самоза-
тачивания инструмента под действием на зерно сил сопротивления резанию. Для этого был
разработан метод определения прочности закрепления алмазного зерна в связке при высоко-
скоростном циклическом нагружении в совокупности с микрорентгеноспектральным анали-
зом центрального сечения лунки на сканирующем микроскопе Carl Zeiss Ultra 55 [6].
Результаты
Экспериментальные данные по определению прочности закрепления зерен в связке
описываются зависимостью количества циклов нагружения от глубины заделки зерна; после
аналитической обработки эт зависимость трансформируется в классическую усталостную
кривую σ=f(N) (рис. 1). При этом точка пересечения наклонной и горизонтальной ветвей
кривой приобретает удвоенное критериальное значение. С одной стороны она определяет
предел выносливости связки (σ0), с другой – примерно указывает критическое количество
циклов нагружений зерна Nкр, соответствующее достижению предела выносливости.
Рис. 1. Зависимость прочности закрепления алмазного зерна от количества циклов
нагружени. (связка М6-15 на бронзовой основе, алмазные зерна АС125 500/400,
нагрузка - 16 Н)
Естественно предположить, что Nкр определяется временем активной работы зерна в
процессе самозатачивания, поскольку нахождение частично изношенных зерен на рабочей
поверхности (горизонтальный участок усталостной кривой) может привести к затуплению
инструмента.
Об этом свидетельствуют приведенные в табл. 1 экспериментальные данные о проч-
ности закрепления алмазов в различных связках при различных нагрузках.
Характерно, что изменение нагрузки в диапазоне 11…24 Н приактически не влияет на
предел выносливости связки. В то же время точка пересечения участков усталостной кривой
с увеличением нагрузки заметно смещается влево.
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
506
Таблица 1. Удерживающая способность металлических связок при различных усилиях
нагружения
Усилие нагружения, Н
12 16 25 Марка связки
0, МПа Nкр·10-5 0, МПа Nкр·10-5 0, МПа Nкр·10-5
М2-01
М6-14
М6-15
94
99
124
3,05
3,89
4,26
93
99
122
2,44
3,16
3,84
91
96
119
2,09
2,54
3,19
Приведенные рассуждения свидетельствуют в пользу того, что при самозатачивании
инструмента важное значение приобретает процесс локального разрушения связки как ис-
точник освобождения рабочей поверхности алмазоносного слоя от изношенных зерен.
Механизм локального разрушения связки исследовали путем анализа сечения лунки
от выпавшего зерна, поскольку непосредственно измерить усталостную деформацию связки
невозможно. Микрошлифы изготавляли путем последовательного приближения среза к цен-
тральному сечению лунки малоскоростными абразивными процессами.
Как свидетельствует сканограмма сечения лунки (рис. 2), в направлении вектора дей-
ствующей на зерно силы (справа налево) прилегающие к срезу области связки имеют дефор-
мированную структуру, отличную от общего фона (зона 1). Глубина деформированной зоны
1 для связки М6-15 - 60-65 мкм. Кроме того, деформированные участки связки возникают в
районе скопления пор (зона 2).
а в г
Рис. 2. Сканограмма сечения лунки после удаления зерна:а – общий вид; б – зона 1,
1800; в – зона 2, 8000
Реальность деформации подтверждают измерения микротвердости основных струк-
турных составляющих в деформированной зоне 1 и на исходном участке (табл. 2). Результа-
ты анализа показывают, что следствием многоциклового скоростного нагружения алмазного
зерна при шлифовании является процесс сжатия зерен мягкой структурной составляющей
(светлая фаза) более твердыми зернами темной фазы. Соответствующее перераспределение
микротвердости приводит к усталостному повреждению нагружаемой стенки лунки за счет
необратимого изменения ее физико-механических свойств под действием переменных на-
пряжений.
Абсолютная ошибка средних значений – не более ±107 МН/м2.
В результате усталостного повреждения зерно освобождатеся от механического за-
щемления в связке и вследствие этого утрачивает режущую способность.
Однако после усталостного повреждения зерно продолжает находиться в лунке и вос-
принимать нагрузки со стороны обрабатываемого материала и образующегося в процессе
шлифования шлама.
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
507
Таблица 2. Микротвердость основных фазовых составляющих связки М6-14 (средняя по
8 измерениям)
Микротвердость составляющих связки, МН/м2, в зоне
Фазовые составляющие
недеформированной зоне деформированной зоне
Темная фаза
Cu - 66, Sn - 34
Светлая фаза
Cu - 86, Sn - 13, Fe - 1
3120
1740
1620
2380
Полное усталостное разрушение наступает в результате недостаточной прочности
элементов лунки, сопротивляющихся выворачиванию зерна. Это иллюстрирует рис. 3, где
показан механически деформированный выпавшим зерном край лунки (крайний правый уча-
сток на рис. 2, а). Отчетливо видны скругления, наружные и внутренние трещины. По анало-
гии с классическими усталостными испытаниями это соответствует завершающей стадии
разрушения – “долому”.
Рис. 3. Участок лунки, подвергшийся механической деформации после удаления зерна
Однако после усталостного повреждения зерно продолжает находиться в лунке и вос-
принимать нагрузки со стороны обрабатываемого материала и образующегося в процессе
шлифования шлама. Полное усталостное разрушение наступает в результате недостаточной
прочности элементов лунки, сопротивляющихся выворачиванию зерна. Это иллюстрирует
рис. 3, где показан механически деформированный выпавшим зерном край лунки (крайний
правый участок на рис. 2, а). Отчетливо видны скругления, наружные и внутренние трещи-
ны. По аналогии с классическими усталостными испытаниями это соответствует завершаю-
щей стадии разрушения – “долому”.
Вывод
Таким образом, установлен двухстадийный механизм разрушения металлической свя-
зки, механически защемляющей алмазное зерно, при высокоскоростном циклическом нагру-
жении:
первая стадия является усталостным повреждением (необратимым изменением физи-
ко-механических свойств) микрозоны нагружаемой стенки лунки глубиной 60-65 мкм в ре-
зультате упруго-пластического деформирования;
вторая стадия – усталостное разрушение кромок лунки по накопленным дефектам
(трещины, сдвиги, скругления), сопровождающееся выворачиванием зерна из лунки.
Усталостное повреждение, а затем разрушение связки определяются пределом ее вы-
носливости при механическом закреплении зерна и может соответствовать любому участку
горизонтальной ветви усталостной кривой, что приводит к затуплению зерен и потере инст-
Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
508
рументом режущей способности. Гарантированное самозатачивание может быть обеспечено
при разрушении связки перед достижением критического количества нагружений на алмаз-
ное зерно.
Литература
1. Семко М. Ф., Грабченко А. И., Узунян М. Д. Влияние связки на работу алмазного кру-
га // Машиностроитель. – 1965. – № 5 – С. 45–49.
2. Серебренник Ю. Б., Вайнштейн Б. Н. Теоретико-экспериментальные основы выбора
связок брусков для алмазного хонингования // Алмазно-абразивная обработка. –
Пермь, 1967. – C. 69–77.
3. Федорович В. А. Анализ эффективности использования алмазных зерен при шлифо-
вании сверхтвердых материалов // Резание и инструмент в технологических системах:
Междунар. науч.-техн. сб. – Харьков: Изд-во НТУ “ХПИ”, 2001. – № 60. – С. 235-243.
4. Гуцаленко Ю. Г. Аналитические посылки и технологические возможности операций
устойчивого шлифования алмазными кругами на металлических связках // Резание и
инструмент в технологических системах: Междунар. науч.-техн. сб. – Харьков: Изд-во
НТУ “ХПИ”, 2005. – № 69 – С. 43–55.
5. Коновалов В. А., Александров В. А. Левин М. Д. Влияние прочности алмазоудержа-
ния и скорости абразивного износа связки на работоспособность алмазно-абразивного
инструмента // Синтетические алмазы. – 1975. – Вып. 2. – С. 26–28.
6. Коновалов В. О., Петасюк О. У., Шатохін В. В. Визначення міцності закріплення ал-
мазного зерна у зв'язці при циклічному навантаженні // Вісн. ЖДТУ / Техн. науки. –
2006. – №3 (38). – С. 25–30.
Поступила 27.04.09
УДК 621.923:666.233
В. А. Коновалов, канд. техн. наук; В. В. Шатохин
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОЧНОСТИ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗЕРЕН В СВЯЗКЕ
СО СТОЙКОСТЬЮ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА
The influence mechanism of diamond grit’s retention strength and bond’s wear resistance
under action of grinding pulp on a wheel life is suggested. The obtained dependencies allow to pre-
dict a functionability of existing bond as well as charateristics of a bond designed to its specific
application.
Актуальность
Одним из основных факторов, определяющих работоспособность алмазно-
абразивного инструмента, является прочность закрепления алмазных зерен в связке рабочего
слоя. Это подтверждается всей практикой применения алмазно-абразивной обработки [1–3].
Однако теоретические и экспериментальные исследования [4–6] касались лишь отдельных
аспектов проблемы, не связанных с воздействием на процесс формирования рабочего слоя.
Естественно, создание инструмента базировалось на чисто эмпирических методах, что обу-
словило разработку большого количества однотипных связок. В этой связи раскрытие при-
|