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

Жанр: Машиностроительный

Просмотров: 1348


3.2.3. влияние конструкции покрытия на интенсивность износа режущего инструмента

 

Исследования проводили при продольном точении заготовок из конструкционной стали 30ХГСА и нержавеющей стали 12Х18Н10Т. В качестве режущего инструмента использовали шестигранные неперетачиваемые пластины из быстрорежущей стали Р6М5К5, которые устанавливали и закрепляли в державках, обеспечивающих следующую геометрию режущей части пластин: γ = 10о, α = 8о, φ = 45о, φ1 = 15о, λ = 0, r = 0. Исследования проводили с применением 5\%-ного водного раствора эмульсола Укринол – 1М при следующих режимах резания: V = 55 м/мин, S = 0,3 мм/об, t = 0,75 мм при обработке заготовок из стали 30ХГСА и V = 18 м/мин, S = 0,21 мм/об, t = 0,5 мм при обработке заготовок из стали 12Х18Н10Т.

Создание между инструментальной основой и внешним покрытием TiN переходного слоя (Ti – Fe) уменьшает интенсивность износа пластин Р6М5К5, что связано с повышением прочности сцепления с инструментальной основой вследствие снижения остаточных напряжений. Минимальная интенсивность износа пластин Р6М5К5 наблюдалась при толщине слоя (Ti – Fe), равной 1,5 мкм. Дальнейшее увеличение толщины слоя (Ti – Fe) от 1,5 до 3 мкм повышает интенсивность износа из-за роста доли «мягкого» слоя (Ti – Fe) в общей толщине  покрытия.  Исходя  из  полученных  данных,  в  дальнейших исследованиях интенсивности износа толщина переходного слоя на основе чистых металлов была принятой равной 1,5 мкм.

Результаты исследований интенсивности износа пластин Р6М5К5 с покрытиями TiFeN + TiN и (Ti – Fe) + TiFeN + TiN представлены на рис. 3.8. Как видно, зависимости интенсивности износа имеют экстремум, координаты которого определяются соотношением толщины переходного слоя TiFeN и слоя TiN, а их характер аналогичен изменению коэффициента отслоения от толщины переходного слоя. Снижение или повышение прочности сцепления покрытия с инструментальной      основой      вызывает       соответствующее      изменение

 

Рис. 3.8. Влияние толщины h переходного слоя TiFeN на интенсивность износа J пластин из стали Р6М5К5 с покрытиями TiN (1), TiFeN + TiN (2) и (Ti – Fe) + TiFeN + TiN (3) при обработке заготовок из стали 30ХГСА (а) и 12Х18Н10Т (б):

1, 2, 3 – толщина покрытий соответственно 5 мкм, 6,5 мкм и 7 мкм

 

интенсивности износа режущего инструмента. Как и в случае с остаточными напряжениями и коэффициентом отслоения, минимум интенсивности износа смещается   в   сторону   большей   толщины   переходного   слоя   TiFeN   при

 

увеличении  общей  толщины  покрытия.  При  обработке  заготовок  из  стали

30ХГСА минимальная интенсивность износа пластин Р6М5К5 с многослойным покрытием и одним переходным слоем наблюдается при толщине слоя TiFeN

2,5 мкм и толщине слоя TiN –  3 мкм; в случае сочетания переходных слоев – при общей толщине покрытия 6 мкм и толщинах слоев TiN и TiFeN соответственно 2 мкм и 2,5 мкм. При этом интенсивность износа пластин Р6М5К5 с покрытием TiN и одним переходным слоем снижается в 1,9 раза, а с сочетанием переходных слов – в 2,8 раза по сравнению с однослойным покрытием TiN.

Аналогичные  результаты  получены  при  обработке  заготовок  из  стали

12Х18Н10Т. Наличие переходных слоев уменьшает интенсивность износа пластин, однако эффективность покрытий несколько снижается из-за условий резания, характерных для нержавеющих сталей. Снижение интенсивности износа пластин Р6М5К5 с покрытием TiN составило 1,8 и 2,2 раза соответственно при наличии одного и двух переходных слоев. Минимальная интенсивность износа пластин с покрытием TiFeN + TiN имела место при толщине переходного слоя 2,5 мкм и толщине слоя TiN 3,5 мкм; для покрытия (Ti – Fe) + TiFeN + TiN – при толщине слоев TiFeN и TiN по 3 мкм.

Использование переходных слоев (Ti – Zr – Fe) и TiZrFeN также снижает интенсивность износа пластин по сравнению с покрытием TiZrN, при этом имеют   место   все   закономерности   выявленные   выше   при   исследовании покрытий на основе нитрида титана (рис. 3.9). Максимальное снижение интенсивности износа пластин достигается при толщине слоев TiZrFeN и TiZrN соответственно 3 мкм и 2 мкм при обработке заготовок из стали 30ХГСА и 3 мкм и 1,5 мкм – из стали 12Х18Н10Т. Интенсивность износа пластин с покрытием (Ti – Zr – Fe) + TiZrFeN + TiZrN ниже в 1,7 раза и 1,5 раза при обработке заготовок соответственно из стали 30ХГСА и стали 12Х18Н10Т по сравнению с пластинами, имеющими однослойное покрытие TiZrN. Более высокая микротвердость нитридных слоев на основе TiZrN по сравнению с TiN является причиной более низкой интенсивности износа пластин с данными покрытиями по сравнению с покрытиями на основе TiN.

Проведенными исследованиями установлено, что наименьшая интенсивность износа пластин достигается при толщинах переходных слоев, обеспечивающих оптимальное сочетание остаточных напряжений в покрытии и прочности его сцепления с инструментальной основой. Более высокая работоспособность режущего инструмента с многослойными покрытиями, имеющими переходные адгезионные слои, по сравнению с инструментом с однослойным покрытием, объясняется снижением остаточных напряжений в покрытии и повышением прочности их сцепления с инструментальной основой.

 

Кроме того, более высокая микротвердость переходных слоев на основе сложных нитридов, а также появление в покрытии дополнительных границ, повышающих    его    трещиностойкость,    также    способствуют    снижению

интенсивности износа пластин.

 

Рис. 3.9. Влияние толщины h переходного слоя TiZrFeN

на интенсивность износа J пластин из стали Р6М5К5

с покрытиями (Ti – Zr – Fe) + TiZrFeN + TiZrN толщиной 7 мкм при обработке заготовок из стали 30ХГСА (1) и 12Х18Н10Т (2)

 

3.13. Рекомендуемые толщины слоев покрытий

 

Состав и конструк-

ция покрытия

Слой

покрытия

Толщина слоя,

мкм

Общая толщина

покрытия, мкм

 

(Ti – Fe) + TiN

(Ti – Fe)

1,5

 

6

TiN

4,5

 

TiFeN + TiN

TiFeN

2,5 – 3,0

 

6

TiN

3,0 – 3,5

 

(Ti – Fe) + TiFeN + TiN

(Ti – Fe)

1,5

 

 

6

TiFeN

2,5 – 3,0

TiN

1,5 – 2,0

(Ti – Zr – Fe) + TiZrFeN + TiZrN

(Ti – Zr – Fe)

1,5

 

 

6

TiZrFeN

2,5 – 3,0

TiZrN

1,5 – 2,0

 

Рекомендуемые толщины переходных адгезионных слоев и верхнего слоя многослойного покрытия, обеспечивающие минимальную интенсивность износа, представлены в табл. 3.13.