Исследование влияния состава карбонитридных покрытий, полученных из составного катода, на их свойства и износостойкость режущего инструмента

Ширманов Н.А.

2. Костржицкий ди ^

вакуумных покрытий в ус^ многокомпонентных

Дельном испарении компо^Гв / фГ "^ ТИПа I®-

материалов. 1987. № IX. 99-103 И ХИМИЯ ^рабопси

3. Холлэид Л. Нанесение тонких тт~ Госэнергоиздат, 1963. 184 с. °К В ВакУУме. М.:

УДК 621.9.025.7 Н А. ШИРМАНОВ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА КАРБОНИГРИДНЫХ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ СОСТАВНОГО КАТОДА, НА ИХ ООЙсХи ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Одним из наиболее широко применяемых методов упрочнения режущего инструмента (РИ) является нанесение на его рабочие поверхности ионно-вакуумных покрытий (П). В качестве легирующих материалов вакуумных износостойких П чаще всего используют тугоплавкие металлы - Zт> Сг. Мо, 1МЬ и др., которые входят в состав сложных П на основе нитрида гитана TiN или карбонитрида титана TiCN и обеспечивают более высокую работоспособность РИ при резании различных материалов. Однако перечисленные выше тугоплавкие металлы дорогостоящи и дефицитны. Вместе с тем, при нанесении вакуумных П в плазменных установках с одним катодом (типа ВУ, "Пуск", ОУНИ и др.), а также при нанесении покрытий на длинномерные изделия встает проблема получения сложных П для повышения работоспособное™ РИ по сравнению с РИ с П Т11М. Эта проблема может быть решена путем использования составных катодов при нанесении карбонитридных покрытий, отличающихся более высокими эксплуатационными свойствами и относительно невысокой стоимостью.

В УлГТУ разработаны составные катоды, имеющие одну или несколько вставок из легирующих материалов, в том числе недефицитных и широко используемых, таких, например, как

Выявлены оптимальные соотношения легирующих вставок

для нанесения П на различных установках.

Ниже представлены результаты исследования свойств кар-бонитридных П, полученных из составных катодов типа (Ti-Zr) CN и (Ti-Fe)CN, а также износостойкости РИ с покрытиями. Технологические параметры процесса нанесения П из составных катодов и их химический состав представлены в табл. 1, где М - материал катода, 1д - ток дуги, 1ф - ток фокусирующей катушки. Покрытия наносили на твердосплавные пластины типа ВК6, ГОСТ 19042-80 (форма 2008-1058) и исследовали следующие параметры, отражающие изменение структуры и физико-механических свойств П: период кристаллической решетки а, полуширина рентгеновской линии Piп, показатель текстурованности (1ш / 1:оо), остаточные макронапряжения ао, микротвердость коэффициент отслоения от инструментальной основы Ко. При оценке износостойкости РИ исследовали интенсивность их изнашивания I при точении всухую заготовок из стали 30ХГСА на следующем режиме : V = 200 м/мин, S = 0,15 мм/об, t = 0,5 мм, т =15 мин. Данные табл. 2 свидетельствуют о следующем: увеличение содержания С2Н2 газовой смеси приводит к увеличению периода кристаллической решетки а, ширины рентгеновской линии рт, характеризующей уровень дефектности П, отражается на показателе текстурованности П и остаточных макронапряжениях ао. Соответственно, изменение структурных параметров приводит к изменению физико-механических свойств П: HR у П типа (Ti-Zr) CN (35 % С2Н2 в смеси) на 40 % больше, чем у П типа (Ti-Zr)N, остаточные макронанряжения у карбонитридного П типа (Ti-Zr)CN (35 % С2Н2) выше, чем у аналогичного нитридного, на 43 %. Аналогичные изменения структурных параметров и механических свойств с изменением состава газовой смеси происходят и в П типа (Ti-Fe)CN (табл. 3): возрастают ширина рентгеновской линии Pi и (до 0,88 град) и период кристаллической решетки а, изменяется текстура, а микродеформации кристаллической решетки отражаются на величине остаточных напряжений (ао достигает -2760 ± 240 МПа) и твердости П (Нй = 47,3 ГПа для П типа (Ti-Fe)CN (25 % С2Н2 в смеси), что несколько меньше в сравнении с П типа (Ti-Zr)CN (35 % ОН?), у которых Н,, = 54,0 ГПа).

Анализ фрактограмм излома П типа (Ti-Zr)CN и (Ti-Fe)CN,

1. Технологические параметры процесса нанесения П из составных катодов на основе Ti-Zr,

Ti-Fe(Ni,Cr) (опорное напряжение (260-280)В)

N° катода Время Диаметр Химический

1 2 3 конден- вставки, состав покрытия,

М 1д, 1ф, М 1д, 1ф, М 1д, 1ф, сации, мм % мае.

А А А А А А мин

Ti-Zr 110 0,5 Ti* 110 0,5 Ti-Zr 110 0,5 50 Zr- 10 мм Ti-95, Zr-5

Ti-Fe 110 0,5 Ti* 110 0,5 Ti-Fe 110 0,5 46 Fe- 7 мм Ti-98,6; Fe-0,95 Ni-ОД; G-0,25

Примечание: * Титановый катод включали только в процессе ионной очистки РИ.

2. Влияние состава газовой смеси на параметры структуры, физико-механические свойства и интенсивность изнашивания покрытия типа (П-7г)СЫ (составной катод)

Содержание в газовой смеси С2Н2, % (остальное -N2) Параметры структуры покрытия Микротвердость Нй, ГПа Интенсивность изнашивания МО-8, мм/м Коэффициент отслоения Ко

Период кристаллической решетки а, нм Ширина линии 0ш, град Показатель тек-стурован-ности 1111/1200 Макронапряжения его, МПа

0 0,4256 0.63 25 -1960 ±390 38,8 0,38 1.6

15 0,4257 0,65 22 -2220 ±210 44,5 0,28 1,2

25 0,4262 0,67 39 -2660±180 50,6 0,21 2,2

35 0,4269 0,75 36 -2800 ±340 54,0 0,24 2,6

50 0,4272 0,58 40 -1800 ±200 48,0 0,28 1,4

75 0,4292 0,42 33 -1680±130 39,7 0,41 1.8

100 0,4317 0.38 12 -1700 ±220 45,2 0,39 2,9

3. Влияние состава газовой смеси на параметры структуры, физико-механические свойства и интенсивность изнашивания покрытия типа (ТЧ-Ре)СЫ (составной катод)

Содержание в газовой смеси С2Н2,% (остальное -N2) Параметры структуры пок зытия Микротвердость Ни, ГПа Интенсивность изнашивания МО 8, мм/м Коэффициент отслоения Ко

Период кристаллической решетки а, нм Ширина линии рш, град Показатель тек-стурован-ности 1п |/1200 Макронапряжения ао, МПа

0 0,4235 0,52 27 -15801210 39,7 0,36 1,3

15 0,4256 0,68 26 -2270 ±210 42,3 0,31 1,0

25 0,4272 0,88 20 -2670 ±240 47,3 0,23 1,8

40 0,4291 0,82 14 -24901180 44,6 0,35 2,0

60 0,4312 0,64 10 -26201230 41,2 0,58 1,4

полученных из составных катодов, показал, что все однофазные П типа TiN или TiCN имеют столбчатое строение. Причиной этого является отсутствие фазовых границ (микрослоистости) при конденсации П такого типа, т.е. отсутствует мощный структурный фактор торможения трещины. Это сразу отражается на характере излома, поскольку не наблюдается развитая рельефность поверхности излома и проявляется характерная столбчатая структура.

Все отмеченное выше отразилось, разумеется, на адгезионно-прочностных свойствах П: с увеличением твердости П растет коэффициент отслоения Ко, достигая для П типа (Ti-Fc)CN - 2,6, а для П типа (Ti-Fc)CN - 2,4-2,6, что связано с потерей пластичности материалом П.

Все это, в целом, отражается на износостойкости РИ с П, полученными из составных катодов. При точении заготовок из стали ЗОХГСА минимальная интенсивность износа П типа (Ti-Zr)CN наблюдалась при содержании (30-35 %) С2Н2 в газовой смеси (I = 0,21 мм/м), а у П типа (Ti-Fe)CN - при 25 % С2Н2 (I = 0,23 мм/м), что значительно ниже, чем у РИ с П TiN (I = 0,7 мм/м).

Таким образом, применение исследованных П, полученных из составных катодов, позволит повысить работоспособность РИ и снизить его стоимость, экономить дорогостоящие тугоплавкие материалы, используемые для нанесения П.

УДК 621.9.025.7

Ю.В.ПОЛЯНСКОВ, А.П. ТАМАРОВ

ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ ЛЕГИРОВАНИЕ И ПОСЛЕДУЮЩАЯ ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

Проблема разработки и широкого использования в производстве высокоэффективных технологических методов упрочнения инструмента, изготавливаемого из быстрорежущих сталей, весьма актуальна. Чтобы снизить расход быстрорежущей стали и повысить стойкость инструмента, целесообразно применять такие методы упрочнения, которые позволяют повышать твердость и

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Ширманов Н.А.