Технические науки / 8.Обработка материалов в машиностроении

К.т.н. Сейткулов А.Р.

Международный Казахско-Турецкий Университет имени Х.А.Ясави,

г.Шымкент, Казахстан

Повышение работоспособности режущих инструментов комбинированной обработкой

Резервом повышения работоспособности износостойких покрытий является применение многослойных покрытий. Покрытия, осажденные при сопоставимых условиях, имеют твердость в однослойном варианте CrN – 14 Гпа, TiN – 24 ГПа, (Ti,Cr)N – 20 Гпа, а многослойные покрытия TiN-CrN-(Ti,Cr)N имеют твердость 26 Гпа. Твердость и прочность многослойного покрытия увеличивается с уменьшением толщины индивидуальных слоев до единиц нанометров.

Сегодня помимо традиционно используемых однослойных покрытий TiN, TiC, TiCN в промышленности широко используются и многослойные сложнокомпозиционные покрытия, в которых каждый слой выполняет строго регламентированные функции. В составе многослойных покрытий появляется возможность использования весьма хрупких и кристаллохимически несовместимых с инструментальным материалом соединений, например Al₂O₃, обладающих повышенной термодинамической устойчивостью. Такие соединения способны сохранять твердость при больших температурах резания, имеют повышенную пассивность по отношению ко многим обрабатываемым материалам.

Типичным представителем многослойного сложнокомпозиционного покрытия является TiC-TiCN-Al₂O₃. Использование барьерного (наружного) слоя из Al₂O₃ сдерживает диффузионные процессы и служит своеобразным термоизолирующим слоем, снижает склонность инструментального материала к окислению при повышенных температурах резания. Карбид титана обладает кристаллохимической совместимостью с твердосплавной подложкой, а карбонитрид титана является прекрасной связкой и используется для повышения прочности адгезионной связи между инструментальным материалом и наружным слоем покрытия.

Экономически целесообразным является сочетание в одном технологическом цикле процессов ионного азотирования и нанесения износостойких покрытий. Это может быть сделано при использовании специального оборудования, позволяющего генерировать газовую (для ионного азотирования) и металло-газовую (для нанесения покрытий) плазму вакуумно-дугового разряда.

В случае нанесения покрытия на неазотированную подложку на границе с инструментальной основой происходит резкое изменение физико-механических и теплофизических свойств (в первую очередь модуля упругости и коэффициента термического расширения), приводящее к образованию в покрытии высоких остаточных напряжений и, как следствие, к снижению прочности адгезионной связи покрытия с основой, которая является наиболее важным условием успешной эксплуатации режущего инструмента с износостойким покрытием. Практика показывает, что низкая прочность адгезионной связи обязательно приводит к отслоению покрытия в процессе резания и не обеспечивает ожидаемого увеличения стойкости инструмента. Предварительное азотирование поверхности инструмента перед нанесением покрытия обеспечивает более плавное изменение свойств от поверхности к сердцевине инструмента и, как следствие, более высокие эксплуатационные свойства.

При комбинированной обработке, сочетающей ионное азотирование и нанесение покрытий, работоспособность инструмента будет сильно зависеть от структуры и свойств переходного азотированного слоя, а также от соотношения между толщинами и твердостью азотированного слоя и покрытия. Необходимые свойства азотированного слоя и покрытия формируются путем выбора соответствующих режимов вакуумно-плазменной обработки.

Результаты сравнительных испытаний пластин из быстрорежущей стали Р6М5 после различных видов поверхностной обработки при точении и торцевом фрезеровании конструкционных сталей показывают, что стойкость инструмента с комбинированной обработкой до 5 раз превышает соответствующий показатель для неупрочненного инструмента и в 2-4 раза

для инструмента с однослойным покрытием.

Литература :

1. Методы и средства упрочнения поверхностей деталей машин. Под ред. А.П. Гусенкова, М.: Наука, 1992. – 404 c.

2. Верещака А.С., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993,195 с.

3. Арзамасов Б.Н., Братухин А.Г., Елисеев Ю.С., Панайоти Т. А. Ионная химико-термическая обработка сплавов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999,400 с.

4. Металлические и керамические покрытия. Получение, свойства и применение. / М. Хокинг, В. Васантасри, П. Сидки. Под ред. Р.А. Андриевского., М:, Мир, 2000. – 518 с.