CC BY
9
УДК 621.9.025.7 H.A. ШИРМАНОВ
ВЛИЯНИЕ СЛОИСТОСТИ В КАРБОНИТРИДНЫХ ПОКРЫТИЯХ НА ИХ СВОЙСТВА И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Проведенные автором экспериментальные исследования подтвердили, что эффективным средством повышения работоспособности режущих инструментов (РИ) с покрытиями (П) является изменение структурных и механических свойств материала П за счет реализации различных механизмов его упрочнения. Так, например, высокие физико-механические свойства сложных карбонитридных П типа (77, 2г)С1Яь полученных по раздельной технологии, обусловлены не только твердорастворным упрочнением материала П (при введении в состав легирующих компонентов в виде 2г и углерода), но и реализацией механизма упрочнения П микроструктурными барьерами.
В этой связи интересен пример использования комбинации указанных механизмов упрочнения, которые можно реализовать как на однокомпонент-ном П типа ПСА1', так и на сложном П типа СП, 2г)С№, используя возможности технологии нанесения карбонитридных П. Подавая попеременно (в течение каждого оборота РИ в камере установки) газовые смеси с различным содержанием азота и ацетилена, можно искусственно создать слоистость в П.
Покрытия наносили на установке «Булат-бТ» при следующих технологических параметрах процесса: ток дуги 1д= 110 А (для 27) и 1д = 105 А (для 2г); ток фокусирующих катушек 1Ф = 0,35 А; расстояние от катодов до РИ 1и ~ 260 мм; частота вращения РИ п = 8 об/мин; температура нагрева образца 0К = (540 - 560) °С; время конденсации П тк = 40 мин (для Т1СЫ) и хк = 36 мин (для (77, 1г)СЩ. Покрытия наносили на твердосплавные пластины ВК6 (ГОСТ 19042-80, форма 2008-1058). Фиксировали значения следующих пара-
Вестник УлГТУ 4/2000
97
метров, отражающих изменение структуры и физико-механических свойств П: период кристаллической решетки а, полуширина рентгеновской линии ¡Зт, показатель текстурованности (1ш /1200), остаточные макронапряжения аОУ микротвердость Нм, коэффициент отслоения от инструментальной основы К0. Исследовали интенсивность I изнашивания РИ при точении всухую заготовок из стали ЗОХГСА на следующем режиме: V = 200 м/мин, 5 = 0,15 мм/об, I = 0,5 мм, 15 мин. В табл. 1 и 2 представлены результаты исследования структуры, механических и адгезионно-прочностных свойств П типа ПСИ и (П, 2г)СИ> а также износостойкости РИ с П, осажденными с различным составом газовой смеси.
Структура и свойства полученных слоистых П типа ПИ -ПСИ и (Д 2г)И - (П, 2г)СИ существенно отличаются как от структуры и свойств П типа ТгИ, (П,2г)И, так и ПСИ, (П2г)СИ (см. табл. 1 и 2). В частности, период кристаллической решетки а при нанесении П типа ПИ- СИ (25 % С2Н2 в смеси) находится между значениями периодов для П типа ПИ и ПСИ (25 % С2Н2 в смеси). Это характерно для всех типов полученных П. Ширина линии /?//; у слоистых композиций практически такая же, как у чисто карбонитридных П: рш = 0,65 и 0,66 - для П типа ПИ-СИ и ПСИ соответственно; /?ш - 0,82 и 0,9 - для Г1 типа (77, 2г)И-СИ^. (П, 2г)СИ. Значительно изменилась величина остаточных напряжений аоь которые уменьшились в 2 - 2,5 раза: а0 = - 1380 ± 240 МПа - для П типа ПИ-СИ, а0 = - 3200 ± 340 МПа у П типа ПСИ. Уменьшилась микротвердость получаемых П: Нм = 42,3 ГПа у П типа ИМ-СМ и //,, = 46,8 ГПа у П типа ПСИ (25 % С2Н2 в смеси); Нм = 54,2 ГПа - для П типа (П, 2г)И-СИ. и Нр ~ 62,4 ГПа - для П типа (Л, 2г)СИ (25 % С2Н2 в смеси).
Существенное снижение макронапряжений (в 2 - 2,5 раза) и несколько меньшая (на (10 - 15) %) микротвердость полученных слоистыхП приводят к изменению адгезионно-прочностных свойств получаемых П - величина коэффициента отслоения К0 уменьшается по сравнению с обычными карбонит-ридными П: К0 = 1,2 для П типа ПИ-СИ (25 % С2Н2 в смеси) и К0 =1,35 для П типа ПСИ (25 % С2Н2 в смеси); К0 = 1,2 для П типа (П, ЩИ (30 % С2Н2 в смеси) и К0 = 1,8 для П типа (П, 2г)СИ (30 % С2Н2 в смеси).
Изменение структуры, механических и адгезионно-прочностных свойств П сказалось на износостойкости РИ с П при точении заготовок из стали ЗОХГСА. Интенсивность изнашивания РИ со слоистыми П находилась приблизительно на том же уровне, что и интенсивность изнашивания РИ с карбонитридными П соответствующего состава: 1 = 0,24 для РИ с П типа ПИ-СИ (25 % С2Н2 в смеси) и / = 0,23 для РИ с П типа ПСИ (25 % С2Н2 в смеси); / = 0,18 для РИ с П типа (П, 2г)СИ (30 % С2Н2 в смеси) и / = 0,16 для РИ с П типа (П, 2г)СИ (30 % С2Н2 в смеси).
98
Вестник УлГТУ 4/2000
1. Влияние состава и конструкции покрытия типа Т1СИ на параметры структуры, физико-механические свойства и интенсивность изнашивания РИ
Тип покрытия (% С2Н2 в смеси, остальное - Ы2) Параметры структуры покрытия Микротвердость Нц, ГПа Коэффициент отслоения К0 Интенсивность изнашивания РЙ I- 10"8, мм/м
Период кристаллической решетки а, нм Ширина линии Рш, град Показатель текстуро-ванности Ьоо Макронапряжения сг0, МПа
Ж 0,4273 0,5 110 -1800 ±210 32,0 1,8 0,68
ПСИ (25%) 0,4284 0,66 25 -3200 ±340 46,8 1,35 0,23
Ш-ЖК (25%) . 0,4278 . 0,65 25 -1-380 ±.240 42,3 1,2 0,24
2. Влияние состава и конструкции покрытия типа (П, 2г)СМяа параметры структуры, физико-механические свойства и интенсивность изнашивания РИ
Тип покрытия (% с2н2 в смеси, остальное - Ы2) Парамег ры структуры покрытия Микротвердость На, ГПа Коэффициент отслоения К0 Интенсивность изнашивания РИ /• 10"8, мм/м
Период кристаллической решетки а, нм Ширина ЛИНИИ рш, град Показатель текстурованности Ьп /1200
(Тг, гг)М 0,4321 {ТЩ 0,4508 &гС) 0,7 1,25 60 48,0 1,4 0,32
(П гг)см (30%) 0,4358 (1Щ 0,4598 (ЯгС) 0,9 1,3 48 62,4 1,8 0,16
(Т1, -(ПХг)СЫ {Ъ0%) 0,4338 (Г/АО 0,4485 (ггС) ■ 0,82 1,3 42 20 54,2 1,2 0,18
Примечание: текстура П (П, 2г)М и СМ просчитана по Т1М, поскольку линия (200) ?гЛг перекрывается линией (111) 'ПМ или 1¥С] фазы П ТгИ и 2гС показаны условно, фактически разделение на фазы более сложное и каждая из них описывается фор-;о мулой (Пх, ¿¡'¡.х) СуМг.
Таким образом, применение исследованных П позволяет увеличить работоспособность РИ в (2,6 - 3,2) раза по сравнению с РИ с покрытием 7Ш при точении заготовок из стали ЗОХГСА.
Ширманов Николай Анатольевич, кандидат технических наук, докторант кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» УлГТУ, окончил Ульяновский политехнический институт. Работает над повышением работоспособности режущих инструментов путем нанесения износостойких покрытий.
