Введение При ремонте дорожного полотна верхний слой асфальтодорожного покрытия снимается специальной техникой – дорожной фрезой. Фреза содержит барабан, на котором расположены резцы. В процессе фрезерования барабан с резцами вращаясь с большой скоростью срезают слой асфальта на заданную глубину. Барабан дорожной фрезы с резцами относится к быстроходным рабочим органам, имеющим повышенные скорости обработки асфальтобетона. Принимая во внимание, что при увеличении как линейной скорости относительного перемещения, так и угловой скорости вращения фрезы, возрастают затраты, связанные с потерей мощности, повышается износ рабочих инструментов. Высокая твердость (12…16 ГПа) и прочность (10…30 МПа) частиц гранита, входящих в состав асфальтобетона, вызывает интенсивное разрушение корпуса резца под действием сложного механизма изнашивания частицами закрепленного и незакрепленного абразива, с наличием локальных ударных нагрузок и пластического оттеснения микрообъемов металла [1, 2]. Повышению износостойкости и долговечности твердосплавных резцов дорожной фрезы посвящено большое число работ. Так, предложено использование ионно-плазменной и ионно-лучевой обработок для повышения износостойкости резцов дорожных фрез [3]. Некоторые исследователи рассматривают химико-термическую обработку в качестве меры повышения долговечности корпуса резцов дорожной фрезы [4]. Проводятся исследования влияние на структуру и свойства твердых сплавов наноразмерных углеродных добавок [5]. В работе [6] разработан алгоритм оценки долговечности вращающихся резцов с износостойкими вставками сложной формы, применяющимися в дорожных фрезах, основанный на форме вставки, предельном значении линейного параметра износа, угла между линией резания и осью вращения резца, радиуса дорожной фрезы, глубины разрабатываемой траншеи и обобщённого параметра абразивности. Исследуется сила сопротивления резанию при фрезеровании асфальтобетона и ее влияние на износ [7]. В этой связи целью настоящей статьи является увеличение разработка технологии повышения износостойкости резца дорожной фрезы с наконечником из вольфрамокобальтого твердого сплава. Материалы и методы Объектом исследования является твердосплавный резец дорожной фрезы, с вольфрамокобальтовым твердосплавным наконечником. Снимок резца с завода изготовителя представлен на рис. 1, а, а на рис. 2, б ‒ снимок изношенного резца. Часть наконечников образцов была подвержена лазерной обработке различной интенсивности: длине волн 25…75 нм, мощности 20…30 Ватт, площади пятна лазерного луча (контакта) 0,05 мм2;частоте излучения 30 Гц. Плотность мощности лазерного излучения 400…600 Ватт/мм2.Скорость относительного перемещения лазерного излучения по поверхности наконечника 2…3,5 мкм/с.Испытания на износ проводили на спроектированной установке, имитирующей работу барабана дорожной фрезы (рис. 2). Установка оснащена барабаном, содержащим 3 резца, расположенным так, что в установке резцы перемещаются относительно срезаемого контртела также, как в реальных условиях. То есть резцы, совершая вращательные движения на барабане, врезаются в абразивный материал (контртело) под углом к нормали. Такое расположение резцов позволяет осуществлять ровный срез, как и происходит в реальных условиях. Испытания проводили до углубления резцов в асфальтовое покрытие на глубину450 мм. Барабан с резцами подводили к асфальтовому покрытию с помощью системы рычагов (рис. 3). Асфальтобетонную смесь изготавливали в соответствии с ГОСТ Р 58406.2-20(рис. 4). Пористость асфальтобетонной смеси находилась в пределах 1,0…2,5 %. С целью ускорения испытаний в качестве минеральных зерен смеси использовали гравийные зерна со средним размером зерна 40 мм. Износ резцов контролируется весовым методом, посредством измерения массы резцов до и после процесса испытаний. Резец дорожной фрезы, поставленной заводомизготовителем, имеет массу 321,6 гр. (Wirtgen HT3/HT11).Пористость по ГОСТ 9391-80 определяли на микроскопе Leica DM750 при увеличении 100 крат. Также с целью определения пористости проводили исследования поверхности на атомно-силовом микроскопе (АСМ) Femtoscan. Возможность определения пористости на АСМ заключается в следующем. В каждой точке поверхности X и Y снимается силовая кривая – зависимость силы взаимодействия между зондом и изучаемой поверхностью от расстояния Z между ними. Обычно записываются две кривые: одна соответствует сближению зонда с поверхностью, вторая – их взаимному удалению. Получается массив кривых размером 128×128, 256×256 или 512×512. В работе [ 9] показано, что пленки на поверхности на основе сополимеров ДАДФО:ДАДФАСК и ПАСК:ПЭА характеризуются наличием дефектов средним радиусом 70…90 нм, содержание которых изменяется от 4 до 6 % от всей площади поверхности образца. Подобные дефектные области, вероятно, представляют собой крупные межгелевые фрагменты, не содержащие функциональных групп, и поэтому не могут рассматриваться как проводящие каналы, несмотря на высокую диффузионную подвижность малых молекул воды или спиртов в них. Таким образом,имеется возможность определения пористости на АСМ. Результаты и обсуждение Из шести образцов пять были подвергнуты лазерной обработке различной мощностью и длиной волны. Учитывая конструкцию испытательной установки – каждый образец состоял из трех резцов. Для определения числа пор использовалось понятие пористость и методика исследования по ГОСТ 9391-80. При изучении снимков микрошлифов при увеличении (×100) установлено, что пористость уменьшилась (рис. 5). Диапазон значений пористости образцов приведена в табл. 1. Следует отметить, что сравнение пористости по ГОСТ 9391-80 представляет сложную задачу для образцов со схожей визуализацией пор на шлифе. Поверхность наконечника твердосплавного резца дорожной фрезы, изготовленной из вольфрамокобальтового сплава, подвергалась лазерной обработке малой интенсивности с целью селективного возбуждения молекул и уменьшения числа пор. Возможность фокусировки лазерного излучения позволяет вводить энергию в определенную область объема. Монохромность лазерного излучения позволяет селективно возбуждать молекулы одного вида. Режимы лазерного излучения подобраны (табл. 2) при которых происходит активация молекул в матрице в области наибольшего скопления пор, в частности в данном случае вблизи кобальтовой связки. В результате происходит сплавление металлической основы на некоторой глубине от поверхности, и как следствие закрытие пор (рис. 6, рис. 7). В этой связи была исследована проводимость поверхности наконечников твердосплавного резца на АСМ Femtoscan. При отсутствии проводимости принималось, что в данном месте существует пора. При сопоставлении рис. 6 и 7 хорошо видны участки с низкой проводимостью, которые являются более темными. При этомна рис. 6 отчетливо видны кристаллиты, которых не видно на рис. 7. Различие участков по проводимости обусловлено различной проводимостью различных карбидов и связующего элемента. Совсем черные участки обладают нулевой проводимостью и вероятнее всего являются порами между кристаллитами, полученными при спекании твердого сплава.Так, образец № 1, не обработанный лазером, имел пористость А 0,4. Далее изменяли мощность лазера, при остальных неизменных параметрах, при которых: при мощности20 Вт (образец № 2) пористость уменьшилась до А 0,2; при мощности 25 Вт (образец № 3) – А 0,04; при мощности 30 Вт (образец № 4) –А 0,2. Установлено, что при значении мощности в 25 Вт (образец № 3) достигается наименьшая пористость. Далее при данном значении мощности варьировалась длина волны: при длине волны 25 нм. (образец № 5) пористость составила А 0,4, при длине волны 75 нм. (образец № 6) – А 0,4. Так как изменение длины волны не привело к изменению пористости по сравнению с образцом № 1, который не подвергался обработке лазером, установлены рациональные режимы лазерной обработки для уменьшения пористости твердосплавного резца дорожной фрезы, изготовленного из вольфрамокобальтового сплава.Таким образом, на износ испытывали образцы № 1 и № 3 (табл. 2). Результаты испытаний сведены в одну табл. 3. Из таблицы видно, что за выработку слоя асфальта глубиной 450 мм резцы № 1 износились в среднем на 18,2 г, резцы № 3 – 9,2 г. По средним значениям наименьшая потеря массы наблюдается у образца № 3. Наибольшая потеря массы, по средним значениям, у образцов № 1 и № 5, следовательно, выбранный режим лазерной обработки для образца № 5 не приводит к уменьшению износа резца. Заключение При исследовании структуры материала твердосплавного резца дорожной фрезы выполнено определение пористости поверхности. На образце, обработанном лазером число черных участков значительно меньше. Таким образом лазерная обработка твердого сплава позволяет уменьшить число пор. Испытания на износ показали, что образцы, обработанные лазером и, соответственно, имеющие меньшую пористость за выработку слоя асфальта глубиной 450 мм износились в среднем на 9,2 г, резцы, без дополнительной обработки – 18,2 г.