Чим пояснюється такий дивний характер зносу? Чому спочатку інструмент зношується швидко, а потім повільніше? Це пояснюється тим, що на поверхні знову виготовленого або заново переточенного інструменту завжди є тонкий зіпсований, пошкоджений / або, як прийнято його називати, дефектний, шар. Ми не говоримо про те шлюбі, який виходить іноді при невмілої або недбалої роботи термістів і заточувальник. Йдеться про такі пошкодження, які виходять навіть при самому ретельному виконанні всіх технологічних процесів. Виникнення цього дефектного шару, як ми зараз побачимо, майже неминуче. Однак товщина його дуже сильно залежить від якості роботи заточувальник. При невмілої і недбалої роботи товщина дефектного шару збільшується.
Дефектний шар на поверхні ріжучого інструменту виходить тому, що під час заточування поверхню заточується дуже сильно нагрівається. Температура в тонкому шарі на поверхні інструменту досягає декількох сотень градусів (800-1000 °). Під впливом, такого нагріву з'являються так звані шліфувальні опіки, структура поверхневого шару сталевого інструменту змінюється.
Крім того, цей тонкий шар, майже миттєво нагрівся до дуже високої температури, майже так само швидко охолоджується зі швидкістю до 1000 ° -в секунду, так як інша маса інструменту холодна. В результаті цього відбувається вторинна гарт, причому явно неякісна. Якщо інструмент виготовлений з вуглецевої сталі, то температура навіть 800 ° для нього надто висока, і поверхневий шар виявиться перегрітою.
Якщо ж інструмент виготовлений Ή3 швидкорізальної сталі, то температура навіть 1000 ° для неї абсолютно недостатня (для загартування швидкорізальної сталі потрібна температура 1250-1300 °), і поверхневий шар виявиться недогріти. А якщо швидкорізальної сталь не-догреть при загартуванню, то красностойкость її сильно знизиться.
Це ще не все. Неякісно загартований поверхневий шар є ще і неотпущенним. А це також дуже погано: загартована, але неотпущенная вуглецева сталь дуже крихка, а загартована, але неотпущенная швидкоріжуча сталь має знижену твердість, отже, її зносостійкість буде також зниженою.
Але і це ще не все. Під неякісно загартованим поверхневим шаром знаходиться другий шар, який також нагрівається під час заточування, але до температури 600-800 °. При такій температурі відбувається відпустку цього шару. Твердість його знижується з 60-62 одиниць по Роквеллу до 55-58 (швидкоріжуча сталь) і до 30- 35 (вуглецева сталь).
Таким чином, виходить, що від заточення на поверхні сталевого інструменту утворюється тонкий неякісно загартований і неотпущенний шар, який лежить на переотпущенном шарі, що втратив нормальну твердість.
На фіг. 2 схематично зображено структура поверхневого шару інструменту, дуже обережно заточеного і не має шліфувальних опіків, і іншого інструменту, заточеного в звичайних умовах і має дефектну структуру поверхневого шару.
На фіг. 3 показано розподіл твердості на різних відстанях від поверхні заточеного інструменту.
Підтвердимо сказане одним дуже цікавим знімком. На фіг. 4 показана збільшена фотографія структури поверхні швидкорізальної сталі. Така структура вийшла в результаті роботи одного зерна заточного круга. Середня вузька смужка, що йде посередині знімка, - це слід (подряпина), який залишило зерно на поверхні стали. Подивіться, як змінилася структура стали від роботи одного єдиного абразивного зерна: уздовж подряпини по обидва її боки розташовується світлий шар вдруге загартованої сталі, а далі за ним йдуть темні шари переотпущенной стали. Коли проводиться справжня заточка і працює не одне зерно, а безліч зерен, то виходить така ж картина, але тільки переотпущенние шари розташовуються не поруч з вдруге загартованими, а під ними.
Отже, дефектний поверхневий шар заточеного інструменту має погану структуру і знижену твердість. Але, може бути, це не так вже й страшно? Покладемо, що твердість знизилася на кілька одиниць. Ймовірно, на кілька відсотків знизиться і стійкість інструменту. Якби це так і було, тоді, дійсно, не варто було б дуже і засмучуватися. Насправді ж все набагато серйозніше. Розгляньте уважно фіг. 5, і вам стане ясно, чому так небезпечна знижена твердість. Подивіться, як круто злітає крива зносу вгору в міру зниження твердості різця. Припустимо, що замість твердості 62-63 одиниць по Роквеллу твердість різця вийшла рівною 58, т. Е. Зменшилася на 4-5 одиниць (всього на 7-8%). А порахуйте на діаграмі за кількістю клітинок, на скільки збільшилася величина зносу. Вона збільшилася в три з гаком рази, тобто на 200%. Стійкість знизилася в три рази.
Дуже цікава і фіг. 6. На ній зображена залежність зносу різця від швидкості різання при точінні.
Нічого немає дивного в тому, що криві піднімаються вгору. Так воно і повинно бути: чим більше швидкість різання, то більша величина зносу. Це природно, але не це ми хотім- підкреслити. На фіг. 6 зображені дві криві, постійно розходяться в міру свого підйому. Одна з них відноситься до різця, незаточеного на колі, що обертається зі швидкістю 33,3 м / сек, а інша - до різця, незаточеного на колі, що обертається зі швидкістю, вдвічі меншою (16 м / сек). І χοτ різець, який був заточений при більш високій швидкості заточного круга, швидше зношується. Справді, можна порівняти величини зносу обох різців, наприклад, при швидкості точіння 40 м / хв. Величина зносу одного різця майже вдвічі більше величини зносу іншого. Це легко порахувати по клітинках. Цю різницю в величинах зносу неважко пояснити: у то-
го різця, який був заточений на колі, що обертаються з великою швидкістю, структурні зміни від нагрівання вийшли більш значними, тому що і нагрів був значніше, та й дефектна структура поширилася на велику глибину.
Мало того, що заточений інструмент має в поверхневому шарі дефектну структуру і по
ніженіе твердість. У цьому поверхневому великі і внутрішня напруга. Справді, поверхневі шари інструменту нагріваються під час заточування до дуже високої температури за короткий час. Нагрівшись, вони повинні розширюватися, але цього не може статися, так як ці нагріті шари міцно скріплені з більш глибокими холодними шарами. Зовнішні шари повинні розширитися, але не можуть, значить, вони виявляться як би.сжатимі, а внутрішні шари - розтягнутими; їх розтягують нагріті зовнішні шари. При подальшому, також дуже швидкому охолодженні виникнуть нові напруги, які частково зменшать колишні напруження, що виникли при нагріванні, а почасти будуть з ними підсумовуватися.
Інструментальники знали, що ці напруги значні, але вони не знали точного значення внутрішніх напружень. Порівняно недавно одному американському вченому вдалося, застосувавши рентгенівський метод, визначити чисельні значення цих внутрішніх напружень. Результати його визначень представлені на фіг. 7. Зверніть увагу, який величезної величини досягають напруги в самому поверхневому шарі (90 кг / мм 2).
Для того щоб легше було уявити цю величину, нагадаємо, що межа міцності стали марки Ст. 3 складає всього 40-50 кг / мм 2.
Поверхневий шар заточеного інструменту з дефектною структурою, виявляється, не тільки має знижену твердість, але до того ж ще і крихкий, тому що дуже напружений.
Після всього сказаного легко зрозуміти, чому сталевий інструмент зношується нерівномірно. Спочатку він зношується дуже швидко, тому що в цей період відбувається знос поверхневого дефектного шару, що має низьку твердість і велика внутрішня напруга. Коли цей дефектний шар повністю зноситься, настає другий період - період незначного зносу частини інструменту з нормальною структурою. Коли ж ріжучакромка затупітся, сила різання зростає настільки, що збільшиться тертя і посилиться нагрів, в результаті чого зросте знос.