Підвищення якості металорізальних інструментів, що працюють в умовах радіаційного опромінення

Abstract

The paper presents the results of investigation of a new technology for increasing the resistance of metal-cutting tools (MCT) operating at nuclear power plants (NPPs) under radiation exposure conditions. The technology consists in applying the Composite Electrochemical Coating (CEC) composition of ESARb + ESA (1M + Mo + EG-4). The analysis of literary sources devoted to this subject has shown that there is a shortage of two vital ingredients of hard alloy tools for the EU industry, namely, tungsten and cobalt, which are included into the group of the fourteen (14) most important raw materials (CRM). There is also an increase in the use of the MCT made of high-speed steels with wear-resistant coatings free of CRM. The authors emphasize that when using the MCT in the NPP system, the elements, which become a source of dangerous long-lived isotopes if irradiated, should be avoided. Primarily, this concerns cobalt. Therefore, the purpose of the paper was to improve the quality of the MCT for operation under radiation exposure conditions by analyzing and synthesizing existing analogues, industry experience and recommendations in domestic and foreign literature due to application of the electrospark coatings that do not contain dangerous long-lived isotopes. Owing to the use of the proposed technology for applying the protective CECs to the MCT working surfaces, the microhardness and the continuity of the formed surface layers increase, respectively, to 12100 MPa and 100 %, and the roughness, Ra, decreases to 0.6 μm. The comparative tests have established that due to application of the CEC composition of ESARb + ESA (1M + Mo + EG-4) to the working surfaces of steel P6M5, their stability coefficient, in comparison with the non-strengthened ones, increases for the M12×1.0 taps; end mills Æ 36, and chisel cutters of S = 30 mm, respectively, by 8.0; 6.6 and 3.5 times.

Висвітлено результати дослідження нової технології підвищення стійкості металорізальних інструментів (МІ), які працюють на підприємствах атомних електростанцій (АЕС), в умовах радіаційного опромінювання. Технологія полягає в нанесенні комбінованого електроіскрового покриття (КЕП) складу ЕІЛРb + ЕІЛ (1М + Мо + ЕГ-4). Аналіз літературних джерел щодо цієї тематики, показав що для промисловості ЄС існує дефіцит двох життєво важливих інгредієнтів твердосплавних інструментів, а саме вольфраму і кобальту, які входять до переліку 14 найважливіших сировинних матеріалів (CRM). Також зазначено зростання в часовій перспективі використання МІ зі швидкорізальних сталей зі зносостійкими покриттями, вільними від CRM. Автори загострюють увагу, що використовуючи МІ в системі АЕС, варто уникати елементів, які у разі опромінення стають джерелом небезпечних ізотопів з тривалим терміном існування. Насамперед це стосується кобальту. Тому метою роботи є підвищення якості металорізальні інструменти (МІ) для роботи в умовах радіаційного опромінювання. Для досягнення цієї мети запропоновано використати нанесення на робочі поверхні МІ електроіскрових покриттів, що не мають в своєму складі небезпечних ізотопів з тривалим терміном існування. Використовуючи запропоновану технологію нанесення захисних КЕП на робочі поверхні МІ, мікротвердість і суцільність, сформованого поверхневого шару, збільшуються, відповідно до 12100 МПа і 100 %, а шорсткість Rа зменшується до 0,6 мкм. Порівняльними випробуваннями встановлено, що в результаті нанесення на робочі поверхні МІ зі сталі Р6М5, КЕП складу ЕІЛРb + ЕІЛ (1М+Мо+ ЕГ-4), коефіцієнт їхньої стійкості в порівнянні з незміцненими МІ, зростає для мітчиків М12×1,0; кінцевих фрез Æ 36 і довбальних різців S = 30 мм, відповідно в 8,0; 6,6 і 3,5 рази.