Повышение стойкости режущего твердосплавного инструмента путем управления состоянием и свойствами его поверхностных слоев с помощью комплексной химико-термической обработки
Авторы: Бобылёв Э.Э.
Опубликовано в выпуске: #12(108)/2020
DOI: 10.18698/2308-6033-2020-12-2043
Раздел: Металлургия и материаловедение | Рубрика: Материаловедение в машиностроении
Современным способом повышения производительности процесса резания при токарной обработке является нанесение на поверхность режущего инструмента функциональных покрытий на основе карбидов, нитридов, карбонитридов и др. В большинстве технологий нанесения функциональных покрытий предполагается использование технически сложного, дорогостоящего оборудования. Также отмечается резкое изменение свойств покрытий на границе с покрываемым материалом. Однако эти недостатки исключаются в случае применения технологии диффузионного насыщения из среды легкоплавких жидкометаллических расплавов. Цель настоящей работы заключалась в исследовании влияния формирования покрытия на основе карбида титана на поверхности режущего инструмента, изготовленного из твердых сплавов типа ТК и ВК, на его износостойкость и качество поверхности, получаемой после токарной обработки. В процессе исследования проводились натурные испытания, микрорентгеноспектральный анализ, оптическая микроскопия, микродюраметрические испытания. Приведены результаты исследований процесса токарной обработки материалов, относящихся к различным группам резания. Функциональное диффузионное покрытие твердосплавного инструмента, применяемого при обработке, получено вследствие насыщения в расплаве, содержащем свинец, висмут, литий, титан. Такие покрытия толщиной 3…6 мкм способствовали повышению стойкости инструмента до 7,4 раз по сравнению со стойкостью инструмента без покрытий и до 1,5 раз в сопоставлении с этим же показателем инструмента с PVD-покрытием, а также снижению до 2 раз параметра шероховатости Ra обработанной поверхности.
Литература
[1] Sokolov A.G., Bobylyov E.E. The element-phase composition and properties of the surface layers of carbide-tipped tools made of TK and WC–Co alloys. Letters on Materials, 2017, no. 7 (3), pp. 222–228. DOI: 10.22226/2410-3535-2017-3-222-228
[2] Pak A.Ya. A vacuum-free method for producing cubic titanium carbide in the plasma of low-voltage direct-current arc discharge. Technical Physics Letters, 2018, vol. 44, pp. 1192–1194. DOI: 10.1134/S1063785019010152
[3] Daniel J., Soucek P., Zabransky L., Bursikova V., Stupavska M., Vasina P. On the effect of the substrate to target position on the properties of titanium carbide/carbon coatings. Surface and Coatings Technology, 2017, vol. 328, pp. 462–468. DOI: 10.1060/j.surfcoat.2017.06.076
[4] De Bonis A., Santagata A., Galasso A., Laurita A., Teghil R. Formation of Titanium Carbide (TiC) and TiC@C core-shell nanostructures by ultra-short laser ablation of titanium carbide and metallic titanium in liquid. Journal of Colloid and Interface Science, 2017, vol. 489, pp. 76–84. DOI: 10.1016/j.jcis.2016.08.078
[5] Xie Z.J., Mai Y.J., Lian W.Q., He S.L., Jie X.H. Titanium carbide coating with enhanced tribological properties obtained by EDC using partially sintered titanium electrodes and graphite powder mixed dielectric. Surface and Coatings Technology, 2016, vol. 300, pp. 50–57. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.04.080
[6] Ramirez C., Idhil Ismail A., Gendarme C., Dehmas M., Aeby-Gautier E., Poulachon G., Rossi F. Understanding the diffusion wear mechanisms of WC-10%Co carbide tools during dry machining of titanium alloys. Wear, 2017, vol. 390-391, pp. 61–70. DOI: 10.1016/j.wear.2017.07.003
[7] Соколов А.Г., Бобылёв Э.Э. Кинетика формирования покрытий на базе карбида титана, нанесенных по технологии диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, на сплавах типа ТК и ВК. Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты), 2016, № 2 (71), с. 59–69.
[8] Григорьев С.Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента. Москва, Машиностроение, 2011, 368 с. ISBN 978-5-94275-591-1
[9] Bobzin K. High-performance coatings for cutting tools. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2017, vol. 18, pp. 1–9. DOI: 10.1016/j.cirpj.2016.11.004
[10] Caliskan H., Panjan P., Curbanoglu C. Hard coatings on cutting tools and surface finish. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Comprehensive Materials Finishing, 2017, vol. 3, pp. 230–242. DOI: 10.1016/B978-0-12-803581-8.09178-5
[11] Haubner R., Lessiak M., Pitonak R., Kopf A., Weissenbacher R. Evolution of conventional hard coatings for its use on cutting tools. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2017, vol. 62, part B, pp. 210–218. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2016.05.009
[12] Chang Y.-Y., Weng S.-Y., Chen C.-H., Fu F.-X. High temperature oxidation and cutting performance of AlCrN, TiVN and multilayered AlCrN/TiVN hard coatings. Surface and Coatings Technology, 2017, vol. 332, pp. 494–503. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.06.080
[13] Cardarelli F., Taxil P., Savall A. Tantalum protective thin coating techniques for the Chemical Process Industry: Molten salts electrocoating as a new alternative. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 1996, vol. 14, issues 5-6, pp. 365–381.
[14] Соколов А.Г., Бобылёв Э.Э. Способ повышения износостойкости изделий из твердого сплава. Патент 2618289 РФ, МПК С23 C 12/00 (2006.01). Опубл. 03.05.2017, бюл. № 13, 6 с.
[15] Соколов А.Г. Устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов. Патент 2521187 РФ, МПК С23С 10/18; С23С 2/04 (2006.01). Опуб. 27.06.2014, бюл. № 18, 8 с.