CC BY
1
Секция
«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕХАТРОННЫЕ СИСТЕМЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ»
УДК 621.74
ВЫБОР ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
А. П. Бритков*, Л. В. Зверинцева
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнёва Российская Федерация, 660037, г.Красноярск, просп. Им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: Britkov12@gmail.com
В ракетно-космической технике для изготовления деталей применяют жаропрочные, жаростойкие, высокопрочные сплавы и композиционные материалы. Износостойкие покрытия широко используются в инструментальной промышленности для повышения работоспособности режущего инструмента. В своем развитии износостойкие покрытия прошли путь от простых покрытий (TiN, CrN и др.) до наностр уктурных композиционных покрытий.
Ключевые слова: износостойкие покрытия, режущий инструмент, цвет покрытий, область применения покрытий, твердость покрытий.
SELECTION OF WEAR-RESISTANT COATINGS OF CUTTING TOOLS
FOR RST PARTS
A. P. Britkov*, L. V. Zverintseva
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospect, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
*E-mail: Britkov12@gmail.com
In rocket and space technology, heat-resistant, heat-resistant, high-strength alloys and composite materials are used for the manufacture of parts. Wear-resistant coatings are widely used in the tool industry to improve the performance of cutting tools. In their development, wear-resistant coatings have gone from simple coatings (TiN, CrN, etc.) to nanostructured composite coatings.
Keywords: wear-resistant coatings, cutting tool, coating color, coating application area, coating hardness.
Рынок режущего инструмента России интенсивно заполняется продукцией ведущих инструментальных фирм. Каждая фирма предлагает сегодня для своих продуктов различные марки инструментальных материалов, отличающиеся, в том числе, различными износостойкими покрытиями. Данные покрытия очень важны для механической обработки изделий РКТ, так как она является неотъемлемой частью изготовления изделий. А что же Россия? Удивительно, что с момента появления технология PVD - покрытия ионной бомбардировкой активно развивается при участии различных групп российских ученых, но плоды этого развития в основном реализуются западными компаниями. Несмотря на то, что в нашей стране активно действует немало лабораторных установок, способных производить покрытия PVD, соответствующие лучшим мировым образцам, их внедрение в практику отечественной инструментальной промышленности не происходит [1].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
Выберем для нашего обзора покрытия, которые могут быть в процессе эксплуатации восстановлены потребителем инструмента на небольших установках методом физического осаждения. Сначала рассмотрим базовые универсальные покрытия, которые предлагаются абсолютным большинством инструментальных фирм. В таблице представлены все основные виды современных покрытий с указанием важнейших характеристик и цвета покрытия [2]. Понятие «инструмент с покрытием» невольно ассоциируется у большинства технологов с золотисто-желтым цветом инструмента. Это цвет покрытия нитридом титана ^^ наиболее распространенного на сегодняшний день износостойкого покрытия для инструмента. Впервые, это покрытие было нанесено в 1980 году. Выпущенные в большом количестве в Советском Союзе установки «Булат» сделали в свое время применение этого покрытия в нашей стране массовым явлением. Наносится это покрытие путем соединения атомов титана и азота способами - физическим и химическим. Его можно охарактеризовать как покрытие общего назначения для обработки резанием, обработки давлением, литейных форм и для снижения трения в деталях машин. Нанесением покрытия TiN можно увеличить стойкость инструмента в 2-3 раза.
Основные виды покрытий
Материал Цвет Нанотвердость, ГПа Толщина,мкм Коэффициент трения Максимальная температура применения, °С
ТШ Золотой 24 1-7 0,55 600
НАШ односл Фиолетово-черный 35 1-4 0,5 800
Т1АШ многосл Фиолетово-черный 28 1-4 0,6 700
ТЮМ-МР Красно-медный 32 1-4 0,2 400
ТЮМ Серо-голубой 37 1-4 0,2 400
МОУ1С Серо-зеленый - 0,5-1,5 0,15 400
8ТАЯУ1С Серо-зеленый 32 1,5-5,5 0,15 400
СШ Серебристо-металлический 18 1-4 0,3 700
ШМ Серебристый 25 1-3 0,45 600
Т1А1СМ Фиолетово-красный 28 1-4 0,25 500
СЯОМОУГС Серый 20 1,5-6 0,15 400
СБС(БЬС) Серый 20 0,5-4 0,15 400
вЯЛОУЮ Серый 28 1,5-6 0,15 400
Бело-золотой 26 1-4 0,5 550
А1тач Черный 38 1-4 0,7 800
шА1™ Черный 38 1-2 0,3 800
пАСо Фиолетово-голубой 45 1-4 0,45 1100
Покрытие TiN является наиболее распространенным в мире. Основными «конкурентами» являются покрытия TiCN и ^АШ, при этом их доля в последнее время неуклонно растет. Покрытие карбонитридом титана TiCN находит применение как в качестве твердого покрытия на инструмент, так и в качестве снижающего трение покрытия на детали машин. Замещение атомов азота атомами углерода в кристаллической решетке нитрида титана приводит к увеличению твердости, что, с одной стороны, увеличивает износостойкость покрытия, с другой стороны, делает его более хрупким. Для увеличения вязкости покрытие оптимизируют различными способами (например, наносят несколько слоев таким образом, чтобы между слоями создавались внутренние напряжения).
Целью создания покрытий (Т^ А1) N было увеличение стойкости к окислительному износу, теплостойкости и износостойкости по сравнению с имеющимися покрытиями. Областью применения инструментов с покрытием (Т^ А1) N является обработка с большими
Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
термическими нагрузками на инструмент. Покрытие (Т1, А1) N наносится только физическим способом. Например, при нанесении оптимизированного покрытия (Т1,А1) N на быстрорежущие развертки их стойкость возрастает более чем в четыре раза по сравнению с инструментом без покрытия и более чем в два раза по сравнению с покрытием Продолжительность цикла нанесения многослойного покрытия больше, но оно обладает способностью поглощения трещин и увеличивает стойкость инструмента. Покрытие (Т1, А1) N послужило базой для дальнейшего создания покрытий на основе алюминия и титана.
Увеличение доли алюминия еще более увеличивает способность покрытия выдерживать высокие термические нагрузки. Такое покрытие обозначается как АЪТ1^ Из всех покрытий на основе алюминия и титана, которые можно нанести на компактных установках в условиях инструментального цеха, наиболее перспективным является покрытие ТiАIСN - О. Оно обладает, высокой твердостью, высокой теплостойкостью и низким коэффициентом трения.
СгЫ покрытие применяется в основном для нанесения на штампы, пресс-формы и детали машин. Низкая температура нанесения (около +200° С) обеспечивает сохранение твердости материала изделия, на которое наносится покрытие. Стойкость этого покрытия более чем в 5 раз. Покрытие является специализированным однослойным покрытием и эффективно снижает наростообразование при обработке алюминиевых и титановых сплавов.
Трибологические (самосмазывающиеся) покрытия как: Мо82(МОУ1С), ограничено применяются в резании, например, при глубоком сверлении. Покрытие МОУ1С, нанесенное поверх оптимизированного покрытия ТЮ№МР, носит название БТАВУГС. К примеру, покрытие БТАВУГС нанесенное на пушечном сверле позволяет отказаться от интенсивного внутреннего подвода СОЖ под высоким давлением в пользу минимального смазывания при одновременном повышении скорости резания, подачи и стойкости инструмента [3].
Для резания более широкое применение находят твердые самосмазывающие покрытия. К ним относятся покрытия на основе аморфного углерода (графита) а-С и водородосодержащие покрытия металл-углерод (Ме-С:Н, например, WС/С). Однослойное покрытие на основе графита СВС, нанесенное поверх покрытия С^ (такое покрытие носит название СЯОМУГС) на бесстружечный метчик, увеличивает его стойкость более чем в 20 раз. Это покрытие обладает наноградиентной структурой и защищает инструмент от возникновения нароста на кромках. Например, при обработке метчиками алюминиевых сплавов. Нанесенное поверх покрытия TiAICN и носящее фирменное название ОЯАОУГС, применяется при обработке высоколегированных материалов, титановых и никелевых сплавов, особенно при нарезании резьбы метчиками в этих материалах.
Также существуют нанокомпозитные материалы пАСо, представляющее собой нанокристаллические зерна материала покрытия, внедренные в аморфную матрицу. Нанокомпозитное покрытие обладает очень высокой нанотвердостью, с увеличением твердости одновременно увеличивается и эластичность покрытия.
Библиографические ссылки
1. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3-33. БО1: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
2. Кононов Д.М., Жданов А.А., Морозов В.В. Получение и исследование алмазоподобных РУО-покрытий // Научно-технический вестник Поволжья. 2012. №6. С. 275-278.
3. Мубояджян С.А., Александров Д.А., Горлов Д.С. Ионно-плазменные нанослойные эрозионностойкие покрытия на основе карбидов и нитридов металлов // Металлы. 2010. №5. С.39-51
© Бритков А.П., Зверинцева Л.В., 2022
