Название: Износостойкие покрытия режущего инструмента, работающего в условиях непрерывного резания - учебное пособие(Табаков, В. П.) Жанр: Машиностроительный Просмотров: 1419 |
|
2.4. разработка конструкции многослойного покрытия
Исследовали покрытия TiN-TiCN и TiN-TiZrN, которые наносили на твердосплавные пластины МК8. Общую толщину покрытия изменяли от 6 до 10 мкм в соответствии с рекомендациями [1], а толщину верхнего слоя (TiCN или TiZrN) – от 2 до 6 мкм. В качестве параметров структуры были выбраны период кристаллической решетки a, полуширина рентгеновской линии 111, параметр текстуры J111/J200 и остаточные напряжения 0. Определение структурных параметров проводили по методике [3] с использованием симплекс-суммируемого ротатабельного плана второго порядка [80] (данный метод планирования эксперимента применяли и при исследовании механических свойств покрытий и интенсивности износа инструмента). Установлено, что для покрытия TiN-TiCN увеличение толщины слоя TiCN повышает период кристаллической решетки а (табл. 2.6, рис. 2.19,а), что свидетельствует о росте степени искажения его кристаллической решетки. Независимо от толщины покрытия характер изменения периода решетки одинаковый. Параметр текстуры J111/J200 в целом имеет тенденцию к росту с увеличением общей толщины покрытия, что говорит об увеличении доли кристаллитов с ориентацией в кристаллической плоскости [111]. При этом необходимо отметить, что наибольшее отличие по абсолютной величине параметра J111/J200 между покрытиями разной толщины наблюдается при малой толщине верхнего слоя TiCN. С увеличением толщины этого слоя это различие уменьшается, при этом абсолютные значения параметра текстуры снижаются. Преимущественная ориентация кристаллитов в одинаковом направлении способствует анизотропии свойств материала покрытия, что с одной стороны может благоприятно влиять на эксплуатационные параметры, приводя, например, к росту микротвердости и износостойкости. Однако, при разрушении
покрытия в результате процессов трещинообразования, развитие трещин может происходить по границам кристаллитов, и в этом случае одинаковая ориентация может сыграть отрицательную роль.
111 200 0
Изменение толщины отдельных слоев покрытия TiN-TiCN практически не влияет на величину 111. Данный параметр изменяется в пределах 10\% при различном сочетании слоев покрытия. Превалирующее влияние на него оказывает общая толщина многослойного покрытия. Так, увеличение толщины с 6 мкм до 10 мкм приводит к росту величины 111 на (30 – 35)\% . Учитывая, что величина 111 свидетельствует об упрочнении материала покрытия, можно
HM
rpa.n;
2000 20
0,425 1,2
1 0,424 10,8 a J3111
0,422
HM
0,428
1 0,426 0 0 0 2
a)
rpa.n;
1,2
3 4 5
h, MKM
2
a J3ttl cro
0,422 0 0 0
2 3 4 5 h,MKM 6)
Изменение конструкции покрытия TiN-TiCN оказывает существенное влияние на уровень остаточных напряжений в покрытии. Увеличение толщины слоя TiCN сопровождается ростом 0, уровень которых выше для более толстых покрытий. Как показано в работах [1, 3], увеличение уровня остаточных напряжений косвенно свидетельствует об увеличении микротвердости покрытия, рост которой положительно отражается на работоспособности инструмента. Следует отметить, что повышение толщины слоев TiN или TiCN приводит к сближению структурных параметров многослойного покрытия к значениям соответствующих параметров однослойных покрытий TiN и TiCN, что указывает на отсутствие, либо слабое влияние слоев на структурные параметры друг друга. Для многослойного покрытия TiN-TiZrN имеет место аналогичное влияние его конструкции на структурные параметры (табл. 2.7, рис. 19,б). Наименьшее влияние конструкция покрытия оказывает на полуширину рентгеновской линии 111, что свидетельствует о примерно одинаковой степени искажения кристаллической решетки. При этом влияние толщины слоя TiZrN на величину 111 более сильное, чем толщины многослойного покрытия в целом. Для покрытия TiN-TiZrN характерны более высокие значения величины 111 по сравнению с покрытиями TiN-TiCN, что позволяет говорить о более высоких механических свойствах данных покрытий. Как видно из данных табл. 2.7, величина остаточных напряжений 0 и период кристаллической решетки a имеют прямую зависимость от толщины верхнего слоя. Наименьшие значения параметра а характерны для покрытий общей толщиной 6 мкм и толщиной верхнего слоя 2 мкм. С увеличением толщины верхнего слоя TiZrN до 4 мкм период решетки увеличивается. Покрытия толщиной 8 и 10 мкм имеют примерно одинаковый параметр а, который несколько выше по сравнению с покрытием толщиной 6 мкм. Увеличение периода решетки с ростом толщины слоя TiZrN свидетельствует об повышении степени искажения кристаллической решетки, вероятной причиной которого является микрослоистая структура покрытия TiZrN. Увеличение периода кристаллической решетки сопровождается ростом остаточных сжимающих напряжений в покрытии, максимальные значения которых имеют место при общей толщине покрытия 10 мкм. Для покрытий с толщинами 6 и 8 мкм уровень напряжений на (26 – 31)\% ниже в зависимости от толщины верхнего слоя, что связано с меньшим количеством дефектов в более тонких покрытиях. Наибольшая величина параметра текстуры J111/J200 имеет место для покрытий толщиной 8 мкм, а при переходе к покрытиям толщиной 6 и 10 мкм он снижается. Это свидетельствует о наибольшей анизотропии свойств
покрытий толщиной 8 мкм, что должно благоприятно повлиять на его эксплуатационные параметры. С увеличением общей толщины покрытия наибольшие значения параметра J111/J200 наблюдаются при более толстом верхнем слое. Можно предположить, что наибольшая доля кристаллитов с преимущественной ориентацией в кристаллографической плоскости [111] образуется при толщине верхнего слоя, равной (0,4 – 0,6) от общей толщины покрытия. Как видно из представленных данных, изменение структурных параметров покрытия TiN-TiZrN при варьировании толщины его слоев носит такой же характер, как и для покрытия TiN-TiCN.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2,0 2000 20