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

Жанр: Машиностроительный

Просмотров: 1358


2.11.влияние толщины слоев покрытия tin-(ti,zr)n на интенсивность износа инструмента

 

 

Толщина покрытия hп, мкм

Толщина слоя, мкм

Интенсивность износа J10-6 мм/м

 

 

TiZrN

 

 

TiN

V = 160 м/мин,

S = 0,3 мм/об,

 = 15 мин

V = 200 м/мин,

S = 0,11 мм/об,

 = 20 мин

 

 

6

2

4

0,15

0,71

3

3

0,16

0,56

4

2

0,17

0,48

5

1

0,19

0,47

 

 

8

2

6

0,29

0,60

3

5

0,27

0,44

4

4

0,26

0,34

5

3

0,26

0,31

6

2

0,27

0,35

 

 

10

2

8

0,47

0,62

3

7

0,43

0,53

4

6

0,39

0,48

5

5

0,37

0,46

6

4

0,35

0,47

7

3

0,36

0,50

8

2

0,38

0,56

 

 

При точении на режиме предварительной обработки минимальная интенсивность износа инструмента наблюдается при толщинах верхнего слоя TiCN и TiZrN (в процентах от общей толщины покрытия) соответственно (33 –

50)\% и 33\% для покрытия толщиной 6 мкм, 50\% и (50 – 62)\% – толщиной 8 мкм, (40 – 50)\% и (50 – 70)\% – толщиной 10 мкм. Наименьшую интенсивность износа инструмента обеспечивают многослойные покрытия общей толщиной 6 мкм. Дальнейший рост общей толщины покрытия увеличивает интенсивность износа. Отмеченная закономерность в большей степени проявляется для покрытий TiN-TiZrN. Так интенсивность износа инструмента с данным покрытием толщиной 10 мкм в 1,5 – 2 раза выше по сравнению с покрытием толщиной 6 мкм в зависимости от соотношения толщины его слоев. Большая эффективность многослойных покрытий толщиной 6 мкм объясняется тем, что в данных условиях резания в разрушении покрытия превалируют адгезионно- усталостные  процессы,    которым   лучше   сопротивляются    более   тонкие

 

 

Рис. 2.22. Влияние конструкции покрытия на интенсивность износа режущего инструмента J: а – V = 160 м/мин; S = 0,3 мм/об; б – V = 200 м/мин;

S = 0,11 мм/об; 1 – TiN; 2 – TiN-TiCN (6 мкм); 3 – TiN-TiCN (8 мкм);

4 – TiN-TiCN (10 мкм); 5 – TiN-(Ti,Zr)N (6 мкм);

6 – TiN-(Ti,Zr)N (8 мкм); 7 – TiN-(Ti,Zr)N (10 мкм)

 

покрытия. Снижению интенсивности процесса разрушения таких покрытий способствует и более высокая прочность их сцепления с инструментальной основой по сравнению с более толстыми покрытиями. Интенсивность износа

 

 

инструмента с такими покрытиями ниже по сравнению с более толстыми покрытиями на (12 – 60)\% в зависимости от их конструкции (рис. 2.22). По сравнению с однослойным покрытием TiN нанесение многослойных покрытий TiN-TiCN и TiN-TiZrN толщиной 6 мкм снижает интенсивность износа инструмента в 2,2 и 3,6 раза соответственно.

При точении на режиме окончательной обработки минимальная интенсивность износа инструмента с покрытиями толщиной 6 мкм имеет место при большей толщине верхнего слоя по сравнению с предыдущим режимом резания (67\% для TiN-TiCN и (67 – 83)\% для TiN-TiZrN). Для инструмента с покрытиями толщиной 8 мкм и 10 мкм она наблюдается практически при тех же соотношениях верхнего слоя и общей толщины покрытия, которые имели место при точении на режиме предварительной обработки, с небольшим смещением толщины верхнего слоя в сторону больших значений. Наименьшую интенсивность износа инструмента   на режиме окончательной обработки обеспечивают многослойные покрытия толщиной 8 мкм по сравнению с покрытиями 6 мкм и 10 мкм (рис. 2.22) (ниже соответственно на 35\% и 66\%). По сравнению с покрытием TiN интенсивность износа инструмента с многослойными покрытиями меньше в 1,5 – 2 раза  в зависимости от состава верхнего слоя.

Сравнение многослойных покрытий показывает, что меньшую интенсивность износа имеет инструмент с многослойным покрытием TiN- TiZrN, для которого она в 1,7 – 2,7 раза меньше по сравнению с покрытием TiN-TiCN в зависимости от режима обработки.

Принимая во внимание результаты проведенных выше исследований и данные  работы  [4]  по  эффективности  многослойных  покрытий  при прерывистом резании, были разработаны трехслойные покрытия TiN-TiCN- TiZrN и двухслойные TiN-TiAlN. Общая толщина данных покрытий была принята равной 8 мкм, толщины отдельных слоев составили: TiN – 2 мкм, TiCN

– 3 мкм, TiZrN – 3 мкм в трехслойном и TiN – 4 мкм, TiAlN – 4 мкм в двухслойном покрытии.

Для оценки эффективности предложенных конструкций многослойных покрытий исследовали их микротвердость и прочность сцепления с инструментальной основой, величину опускания вершины режущего клина h, динамику образования трещин (времени до образования трещин на передней поверхности Т2) и интенсивность износа по задней поверхности в сравнении с двухслойными покрытиями оптимальной конструкции TiN-TiCN, TiN-TiZrN и однослойным покрытием TiN.

 

 

32 r----------31,1-------------,

30,5

rna 1--------------i

 

28 1------------i

 

1

 
26 1--------------i

24,5

 

28,1

HJ.l.

 

24 1--------1

 

21,8

22h=    ·

20 L.L......L_.__

1          2          3          4          5

a)

1          -------------------

 

0,8

0,8 r-------r::::::::::::::::;-------------

 

 

1 0,6

0,6

 

 

0,4

Ko

 

0,2

 

0          1          2          3          4          5

6)

 

 

 

сравнению  с  двухслойным.  А  как  было  сказано  выше,  именно  толщина верхнего слоя многослойного покрытия определяет величину микротвердости. Двухслойные покрытия с верхним слоем TiAlN имеют микротвердость на 14\% больше по сравнению с покрытием TiN-TiCN, но уступают по данному показателю двухслойному и трехслойному покрытию c верхним слоем TiZrN на

11\% и 8,5\% соответственно. Полученные данные объясняются более высокой микротвердостью    слоя  TiAlN  по  сравнению  с  TiCN,  но  меньшей  –  по сравнению с TiZrN [3]. По возрастанию величины H  покрытия располагаются в следующий ряд: TiN-TiCN, TiN-TiAlN, TiN-TiCN-TiZrN и TiN-TiZrN.

Наибольшую прочность сцепления с инструментальной основой имеют двухслойные и трехслойные покрытия с верхним слоем TiZrN (рис. 2.23,б). Коэффициент  отслоения  двухслойных  покрытий  с  верхним  слоем  TiAlN меньше по сравнению с покрытием TiN-TiCN на 20\%, но существенно выше (более чем в 5 раз) по сравнению с TiN-TiZrN и TiN-TiCN-TiZrN. Последнее объясняется более низким уровнем остаточных напряжений в покрытиях с верхним  слоем  TiZrN,  который  в  1,5  –  2,5  раза  ниже  по  сравнению  с покрытиями TiN-TiCN и TiN-TiAlN. По возрастанию Ко, и, следовательно, по снижению прочности сцепления с инструментальной основой, многослойные покрытия располагаются в следующий ряд: TiN-TiZrN, TiN-TiCN-TiZrN, TiN- TiAlN и TiN-TiCN.