Природа явлений, вызывающих изнашивание режущих инструментов, ис­ключительно сложна. На первый взгляд можно было бы ожидать, что более мягкий обрабатываемый материал не должен изнашивать значительно более твердый инструментальный материал. Однако изнашивание режущих инстру­ментов в действительности существует и представляет собой большую про­блему для практики и науки о резании. В различных условиях резания изнаши­вание инструмента может быть вызвано различными причинами и иметь раз­личные механизмы. К ним относятся: пластические деформации инструмен­тального материала при высокой температуре, адгезионное взаимодействие между инструментальным и обрабатываемым материалами (адгезионное из­нашивание), диффузионное растворение инструментального материала в об­рабатываемом (диффузионное изнашивание), абразивное и окислительное изнашивания, образование усталостных трещин и разрушение.

Пластические деформации инструментального материала при высоких температурах приводят к изменению формы режущего лезвия и в конечном счете могут отразиться на работоспособности инструмента. Отличие от изно­са состоит в том, что при пластических деформациях инструмента не происхо­дит удаления инструментального материала. Имеются также данные о том, что пластическое состояние инструментального материала способно резко ин­тенсифицировать процессы изнашивания инструмента. При возникновении больших пластических деформаций говорят о потере формоустойчивости ре­жущего лезвия. При расчете рациональных режимов резания целесообразно исключить область режимов, в которой инструмент теряет формоустойчивость.

Адгезионное взаимодействие между инструментальным и обрабаты­ваемым материалами (схватывание) проявляется в возникновении межмоле — кулярных связей на поверхности соприкасающихся материалов. При этом не­обходимо, чтобы соприкасающиеся поверхности были чистыми (без окисных пленок и т. п.) и контакт осуществлялся при высоких нормальных давлениях и температурах.

Все эти условия выполняются при резании. Прочность новых межмолеку — лярных связей может быть выше прочности обрабатываемого материала. В этом случае на поверхности инструментального материала остается тонкая пленка из обрабатываемого материала и в дальнейшем происходит схватыва­ние нижнего слоя движущейся стружки с образовавшейся пленкой обрабаты­ваемого материала. При контакте одноименных материалов схватывание начинается при температурах, близких к температуре рекристаллизации (0,3-0,4) Гпл. а при контакте разноименных — при более высокой температуре (0,35-0,5) Гпл [108].

Движение стружки и детали относительно инструмента приводит к разру­шению межмолекулярных связей и к образованию новых. Таким образом, зер­на карбидов в твердых сплавах (или иные частицы инструментальных мате­риалов) находятся под воздействием многократно повторяющихся нагрузок. В результате через некоторое время достигается предел усталостной прочности и происходит микроразрушение частицы инструментального материала. При относительно невысоких температурах оно заключается в отрыве более круп­ных частиц (конгломератов) карбидов WC, ТІС и связки, с повышением темпе­ратуры удаляются все более мелкие частицы.

Различные пары материалов имеют различную склонность к адгезии. С ростом температуры в области относительно низких температур уменьшается хрупкость твердых сплавов, увеличивается их сопротивление к циклическим контактным нагрузкам. При этом интенсивность адгезионного изнашивания может оставаться приблизительно одинаковой или даже уменьшаться. Однако при дальнейшем увеличении температуры уменьшается твердость инструмен­тального материала, в результате чего интенсивность адгезионного изнашива­ния инструмента повышается.

Объяснения механизма изнашивания на основе явлений диффузионного растворения инструментального материала в обрабатываемом были даны Т. Н. Лоладзе [57], а также Е. М. Трентом [108]. В обычных условиях диффузия в металлах является весьма медленным процессом. Скорость диффузии зави­сит от температуры, взаимной растворимости металлов друг в друге. По дан­ным [108], скорость диффузии удваивается при повышении температуры на каждые 20 °С. Поэтому диффузионный износ становится превалирующим при высоких контактных температурах.

Другим фактором, влияющим на скорость диффузии, является концентра­ция диффундирующего вещества в металле-растворителе. При увеличении концентрации (для неподвижных соприкасающихся металлов — увеличении времени) скорость диффузии резко снижается. При резании из-за перемеще­ния стружки и обрабатываемой детали относительно инструмента с большими скоростями концентрация инструментального материала в обрабатываемом ничтожно мала и, следовательно, скорость диффузии может в течение дли­тельного времени оставаться достаточно большой.

Различные компоненты твердого сплава диффундируют в обрабатывае­мый материал с различной скоростью. Наибольшую скорость диффузии имеет углерод, наименьшую — вольфрам, кобальт и титан [108].

Абразивный износ чаще наблюдается при работе инструментами из быст­рорежущей стали, реже при работе твердосплавными инструментами. Он обу­словлен наличием в материале заготовки твердых частиц. Причиной абразив­ного износа могут быть заполненные песком литейные раковины.

Интенсивность абразивного изнашивания может возрасти при окислении инструментального материала. При температурах 700 -800 °С и выше кисло­род воздуха вступает в химическую реакцию с кобальтом и карбидами [108]. Твердость продуктов окисления в 40-60 раз ниже твердости твердых спла­вов. Например, после нагрева твердосплавных пластин в кварцевой пробирке, помещенной в тигль с расплавленным свинцом, до температуры 900 °С при тарировании естественной термопары на поверхностях пластин образовыва­лись непрочные окисные пленки толщиной несколько десятых долей милли­метра, которые легко удалялись простым перочинным ножом. Вероятно, по этой причине на краях контакта стружки с инструментом обычно наблюдается повышенный износ, несмотря на уменьшение толщины срезаемого слоя.