Название: Износостойкие покрытия режущего инструмента, работающего в условиях непрерывного резания - учебное пособие(Табаков, В. П.)

Жанр: Машиностроительный

Просмотров: 1353


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.

 

Толщина слоя,

мкм

Период кристалличес- кой решетки a, нм

Полуширина

рентгеновской линии b111, град

 

Параметр текстуры J   /J

 

Остаточные напряжения

s , МПа

 

TiCN

 

TiN

1

2

3

4

5

6

hп = 6 мкм

2

4

0,42259

0,54

13,0

200

3

3

0,42465

0,56

15,4

341

4

2

0,42592

0,56

16,2

439

5

1

0,42640

0,56

15,2

492

hп = 8 мкм

2

6

0,42714

0,61

23,2

700

3

5

0,42914

0,62

23,2

944

4

4

0,43035

0,63

21,6

1145

5

3

0,43076

0,63

18,2

1301

6

2

0,43088

0,62

13,1

1413

hп = 10 мкм

2

8

0,42271

0,70

28,4

464

3

7

0,42465

0,72

26,1

813

4

6

0,42580

0,73

22,1

1117

5

5

0,42616

0,73

16,4

1376

6

4

0,42572

0,72

8,9

1591

7

3

0,42448

0,70

0,01

1762

8

2

0,42245

0,67

0,01

1887

 

 
2.6. Влияние толщины слоев на структурные параметры покрытия TiN-TiCN

 

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

 

 

 

 
0,427

 

HM

 

 

 
2,0

 

rpa.n;

 

2000    20

 

 

0,425   1,2

 

1 0,424            10,8

a          J3111

 

 

 
0,423   0,4

 

0,422

 

 

 
0,432

 

HM

 

0,428

 

1 0,426

0          0          0

2

 

a)

 

2,0       2000    20

 

rpa.n;

 

1,2

 

 

3          4          5

 

h, MKM

 

2

 

a          J3ttl      cro

 

 
0,424   0,6       400      4

 

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.

 

Толщина слоя,

мкм

Период кристалличес- кой решетки a, нм

Полуширина

рентгеновской линии b111, град

 

Параметр текстуры J    /J