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

Жанр: Машиностроительный

Просмотров: 1349


4.9. влияние состава износостойкого покрытия на время циклической трещиностойкости

 

 

 

Покрытие

tц1,

мин

tц2,

мин

tц,

мин

tцЭ,

мин

tц1,

мин

tц2,

мин

tц,

мин

tцЭ,

мин

МК8

Р6М5К5

TiN

1,40

6,25

7,65

7,5

0

2,27

2,27

2,0

TiAlN

2,73

13,75

16,48

17,0

0,03

8

8,03

9,0

TiZrN

2,37

11,43

13,80

14,0

0,05

6,74

6,79

7,0

TiSiN

5,43

18,75

24,18

25,0

0,19

11,1

11,29

11,5

TiFeN

1,21

7,88

9,09

9,0

0

3,05

3,05

3,0

TiCrN

2,08

8,11

10,19

10,0

0,06

4,01

4,07

4,5

TiMoN

2,14

7,96

10,10

10,0

0,05

5,40

5,45

5,0

 

 

Легирование  покрытий  TiN  увеличивает  время  до  появления  в  них трещин. При этом наибольшее влияние на величину tц оказывают кремний, алюминий  и  цирконий.  При  нанесении  покрытий  TiN  на  твердосплавную основу легирование их кремнием увеличивает время циклической трещиностойкости tц  в 3,16 раза, алюминием – в 2,15 раза, цирконием – в 1,80 раза по сравнению с покрытием TiN. Легирование хромом, молибденом и железом в меньшей степени повышает время циклической трещиностойкости

 

покрытия TiN – соответственно на 33\%, 32\% и 19\%. Для покрытий, нанесенных на быстрорежущую основу, получены аналогичные результаты: по сравнению с покрытием TiN время циклической трещиностойкости покрытий  TiSiN, TiAlN и TiZrN возросло соответственно в 4,97, 3,54, и 2,99 раза, а покрытий TiCrN, TiMoN, TiFeN – в 1,79, в 2,4 и в 1,34 раза.

Для проверки адекватности результатов расчета были проведены экспериментальные исследования по определению времени работы режущего инструмента с покрытиями до появления трещин tцЭ (табл. 4.9). Из данных таблицы видно, что между рассчитанной величиной циклической трещиностойкости  износостойких  покрытий  и  экспериментальными значениями наблюдается хорошее соответствие. Максимальная погрешность не превышает (10 – 12)\%.

Проведенные исследования показали, что наличие легирующих элементов в износостойких покрытий на основе нитрида титана приводит к повышению их физико-механических свойств (модуля Юнга, предела текучести, твердости, вязкости разрушения). Покрытия сложного состава, изменяя контактные характеристики процесса резания, способствуют снижению напряжений в материале инструментальной основы и уменьшают интенсивность процесса ползучести в режущем клине, что в свою очередь увеличивает время до образования трещин в покрытии на передней поверхности режущего инструмента. Покрытия, нанесенные на твердосплавную инструментальную основу, находятся в более благоприятном напряженном состоянии, нежели аналогичные, нанесенные на быстрорежущую основу. Больший модуль Юнга и меньший коэффициент термического расширения    твердого сплава по сравнению с быстрорежущей сталью приводят к созданию в покрытиях более высоких сжимающих напряжений. Кроме того, в твердом сплаве процессы ползучести протекают менее интенсивно, что приводит к меньшему росту в покрытии растягивающих напряжений.

Циклическая трещиностойкость покрытия, характеризующая время появления в нем трещин, является комплексной характеристикой режущего инструмента с износостойким покрытием. Данная величина учитывает как физико-механические свойства материалов износостойкого покрытия и инструментальной основы, так и контактные характеристики процессов, протекающих на передней и задней поверхностях режущего инструмента, тепловое  и  напряженное   состояние  в  режущем  клине  инструмента  и   в покрытии. Исходя из этого, можно предположить, что увеличение циклической трещиностойкости износостойких покрытий будет способствовать повышению работоспособности режущего инструмента.

 

Рис. 4.37. Влияние состава покрытия на интенсивность износа J инструмента из твердого сплава МК8 (а) и быстрорежущей стали Р6М5К5 (б) при точении заготовок из стали 30ХГСА: МК8 – V = 180 м/мин, S = 0,15 мм/об, t = 0,5 мм; Р6М5К5 – V = 55 м/мин, S = 0,3 мм/об, t = 0,75 мм;

1 – TiN; 2 – TiAlN; 3 – TiZrN; 4 – TiSiN; 5 – TiFeN; 6 – TiCrN; 7 – TiMoN

 

Для      проверки        данного                      положения     были   проведены     исследования интенсивности            изнашивания режущего        инструмента, результаты     которых

 

приведены на рис. 4.37. Применение покрытий сложного состава снижает интенсивность износа режущего инструмента по сравнению с покрытием TiN. Так   для   твердосплавного   инструмента   с   покрытиями   сложного   состава снижение интенсивности  износа составило (18 – 48)\%, для быстрорежущего – (29 – 90)\%. В порядке уменьшения интенсивности износа режущего инструмента износостойкие покрытия можно расположить в следующий ряд: TiFeN, TiMoN, TiCrN, TiSiN, TiZrN, TiAlN. Сравнение данных по циклической трещиностойкости покрытий и интенсивности износа режущего инструмента позволяет сделать вывод о хорошей корреляции полученных данных. Наибольшее повышение циклической трещиностойкости покрытия из нитрида титана имеет место при легировании его кремнием, а наименьшее – железом. Соответственно максимальное снижение величины износа характерно для инструмента с покрытием TiSiN, а минимальное – с покрытием TiFeN.