CC BY
74
ИЗНОСОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Соболев Алексей Александрович
доцент Тольяттинского государственного университета, РФ, г. Тольятти
E-mail: rooder@yandex. ru Кадочкин Дмитрий Станиславович магистрант Тольяттинского государственного университета, РФ,
г. Тольятти E-mail: d.s. const. 63@gmail. com Чаусов Владислав Нурмухаммадович студент Тольяттинского государственного университета, РФ, г. Тольятти
E-mail: ch. v.zos@mail. ru
WEAR RESISTANT COATING FOR CUTTING TOOL
Sobolev Alexey Alexandrovich
docent of Togliatty State University, Russia Togliatty Kadochkin Dmitriy Stanislavovich postgraduate student of Togliatty State University, Russia Togliatty
Chausov Vladislav Nurmuhammadovich
undergraduate student of Togliatty State University, Russia Togliatty
АННОТАЦИЯ
В работе проведен анализ износостойких покрытий для режущего инструмента.
ABSTRACT
In this work wear-resistant coatings for cutting tool was analyzed.
Ключевые слова: ионно-плазменное напыление; износостойкость; покрытия.
Keywords: cathodic arc deposition; wear resistance; coatings.
Эксплуатационные свойства многих материалов определяются структурно-энергетическим состоянием поверхности. Следует отметить, что многие детали работают в экстремальных условиях эксплуатации, например при активном абразивном износе, ударных нагрузках и в высокотемпературном воздействии. Материалы при этом должны обладать высокой ударной вязкостью, износостойкостью, теплостойкостью, жаростойкостью, коррозионной стойкостью и прочностью. Все это создает основы для поверхностной
модификации материалов, что подтверждается практикой — значительная часть машиностроительных деталей используется с различной упрочняющей обработкой [5], например, химико-термической обработкой, поверхностно-пластическим деформированием [Ошибка! Источник ссылки не найден.] или нанесением покрытий.
Особый интерес при упрочнении режущего инструмента представляют перспективные ионно-плазменные и газопламенные покрытия. Среди первого типа наибольшее распространение получили многослойные покрытия [2] на основе карбидов, нитридов, карбонитридов тугоплавких металлов IV—VI групп Периодической системы химических элементов.
Уникальность свойств данных соединений связана с особенностями их кристаллохимического строения. Характерной особенностью этих металлов является наличие у них дефекта электронов на внутренних электронных орбитах s, p и d, что делает их весьма восприимчивыми к приобретению электрона из любого источника. Такими источниками могут быть межузельные атомы углерода, азота и кислорода.
Между указанными электронными уровнями существует лишь небольшая разница в энергии, вследствие чего становится возможным взаимопереход электронов с одного уровня на другой. Эти переходы сильно зависят от различных условий (например, температуры и давления).
Атомы кислорода, азота и углерода можно рассматривать как вставленные в решётку атомов металла. Для металлов V (Va, МЬ, Ta) и VI (О", Mo, W) групп Периодической системы элементов, имеющих большой атомный радиус, нитриды и карбиды характеризуются более сложными структурами.
Выделяют, перспективные для применения в качестве покрытий, твёрдые материалы в зависимости от типа химической связи между атомами:
• с металлической связью (металлоподобные бориды, карбиды, нитриды и силициды переходных металлов);
• с ковалентной связью (карбиды, бориды и нитриды алюминия, кремния и бора, а также алмаз и бор);
• с ионной связью (оксиды алюминия, циркония, титана, хрома, бериллия).
Свойства основных представителей этих трёх групп твёрдых материалов приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Структурные и механические свойства режущего инструмента с
износостойкими покрытиями на основе нитрида титана
Покрытие Содержание легирующего элемента, %, масс. а, нм Р111, град. 00, МПа Иц, ГПа Ко
та — 0,4235 0,49 -775 29,16 1,07
15,63 0,4293 0,55 -1256 38,65 1,32
TiAIN 17,55 0,4230 0,57 -902 38,39 0,91
TiMoN 13,99 0,4251 0,53 -1073 34,92 1,93
21,70 0,4224 0,60 -1490 34,52 1,46
TiFeN 0,85 0,4234 0,51 -697 33,20 0,82
TiSiN 1,25 0,4256 0,60 -1069 36,45 1,49
Все соединения характеризуются высокой твёрдостью и высокими температурами плавления, причём высокую температуру плавления имеют соединения с простой кубической структурой типа №С1: ТЮ, 7гС, ИГО, Т1К, 7гК, ИШ, VC, МЬС, ТаС, т. е. для них хорошо выдерживается «правило 15 %» Юм-Розери, согласно которому образование твёрдых растворов возможно лишь в тех случаях, когда максимальная разность атомных радиусов не превышает 15 %.
Выделяют возможные пары образования карбид-карбид: ТЮ^гС; 7гС-ТаС; ТЮ-ТаС; ТЮ-ШС; ТЮ-№С; VC-TaC; VC-TaC.
Пары нитрид-нитрид: т^г^ 7гК-И£К; Та^Сг^ ZгN-NЪN; TiN-NЪN;
Пары карбид-нитрид: TiC-TiN; VC-NЪN; ZгC-ZгN; TiC-NЪN; VC-VN; ZгC-NЪN.
Карбиды и нитриды, имеют широкие области гомогенности, что позволяет в зависимости от содержания кислорода, азота и углерода достаточно сильно изменять их физико-механические свойства. Последнее обстоятельство очень важно с точки зрения возможности варьирования свойствами покрытий в зависимости от условий применения. Это обеспечивает возможность регулирования свойств в широких пределах.
Оптимизацию свойств материалов покрытий можно осуществлять получением многофазных и многослойных покрытий. Для многофазных материалов и тем более для многослойных покрытий большое значение имеет характер взаимодействия фаз на границах раздела (фаз, слоёв). Исследования компактных материалов позволяют выделить, по крайней мере, три вида поверхностей раздела:
• согласованные (когерентные) или частично согласованные на уровне кристаллических решёток поверхности;
• поверхности раздела с "переходной" (перемешанной зоной);
• свободные не (или слабо) взаимодействующие друг с другом поверхности.
Металлоподобные твёрдые материалы, как правило, образуют согласованные или полусогласованные поверхности раздела с металлами и другими металлическими материалами. Так, карбиды и нитриды переходных металлов с диборидами переходных металлов образуют согласованные поверхности раздела с низкой энергией. Примером могут служить многослойные и двухфазные покрытия ТЮ/Т1Б2, обладающие более высокой износостойкостью, чем однофазные.
Преимущества газопламенного нанесения покрытий [6] состоят в высокой производительности процесса, локальности обработки, незначительном влиянии на подложку, возможность нанесения покрытий на изделия больших размеров, отсутствии ограничений на сочетания материалов покрытия и подложки, что позволяет охватывать большую номенклатуру упрочняемых деталей, низкий излучений, мобильность оборудования, простота его
обслуживания. Этот способ позволяет без особых технологических трудностей получать покрытие с пределом прочности на отрыв не менее 55 кг/мм при отсутствии перемешивания с металлом основы. Следует также отметить, что газопламенное напыление позволяет получать покрытия с эффектом самозатачивания [3, 4], что особенно актуально при упрочнении режущего инструмента.
Список литературы:
1. Бобровский Н.М., Мельников П. А., Бобровский И.Н., Ежелев А.В. Гиперпроизводительный способ обработки поверхностно-пластическим деформированием // Современные проблемы науки и образования. — 2013.
— № 5. — С. 67.
2. Гончаров В.С., Васильев Е.В. Упрочнение длинномерных протяжек в ионно-плазменных установках типа ННВ-6.6-И1 // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2013. — № 6 (102). — С. 3—6.
3. Гончаров В.С., Мельников П.А., Попов А.Н., Васильев Е.В. Упрочнение лезвийного инструмента с созданием эффекта самозатачивания // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. — 2013. — Т. 15.
— № 4-1. — С. 233—235.
4. Гончаров В.С., Мельников П.А., Попов А.Н., Васильев Е.В. Упрочняющее покрытие с эффектом самозатачивания // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. — 2013. — № 1 (23). — С. 101—103.
5. Конструкционные материалы: Справочник / Под ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. — 688 с.
6. Газотермическое напыление композиционных порошков / А.Я. Кулик [и др.] Л.: Машиностроение, 1985. — 199 с.
