автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение работоспособности режущего инструмента путем изменения состава покрытия на основе карбонитрида титана

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИЙ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ УЛШНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. № Д^

ШИРШОВ НИКОЛАЙ АНАТОЛЬЕВ!«

УДК 621.9.014.1:621.7.029

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ' ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ' КАРБОНИТРВДА. ТИТАНА

Спещгальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-

технической обработки, станки, и 'инструмент

■ АВТОРЕФЕРАТ диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ульяновск 1994

Работа выполнена на'кафедре "Металлорежущие станки и инструменты" Ульяновского Государственного технического университета . .

Научный руководитель - доктор технических наук.профессор

Ю.В.Долянсков

Официальные оппоненты: - Лауреат Государственной премии,

доктор технических наук,профессор А.С.Вер'ещака - кандидат технических, наук,доцент Ю.М.Быков

Ведущее предприятие - АО "УТЕС" (г.Ульяновск)

Защита диссертации состоится 26 сентября 1994 г. в 15 часо! на заседании специализированного Совета К 064.21.02 в первом учебном корпусе Ульяновского Государственного технического университета по адресу 432700,- г.Ульяновск, ул.Энгельса, 3.

Просим Вас принять участие в обсуждении диссертации и направить отзыв на автореферат (в двух экземплярах), заверенных гербовой печатью, по адресу 432700, г.Ульяновск, ул.Северный Венец, 32, УлГО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УлГТУ

Автореферат разослан "25 " августа 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

к.т.н., профессор ^В.Ф.Гурьянихин

0Г7ДАЯ КЛРШЕРИЖЙ. PAEQTH

Актуальность том и. В настоящее гре^л задача пошгзения работоспособности резуцего инструмента выделилась в число наиболее ванснх, особенно при аксплуатацкк кзха-нкэированного и автоиаткзкровзнного стакотесго оборудования. Одним кз наиболее эффективных путей поЕззеняя работоспособности реаущзго инструмента является нп'.зеенко на его рабочпз по- • верхности оно со стойких 3«tyyiao-nz£3«2HHiE: покргой.

В ряда случаев эЗфгхтнгдоо пр::гс.:;с:'.ио регдуцзго Ш1струпен-та с покрытием сниз&зтся всзодстзяе ¡нестабильности характеристик износостойкого покрыгпя» его иедостаточ:;ой одгрзия к инструменту и невысокой прочности иатеркаяа седого покрвткя. Вез это усжоггштзТся кадостатседоЗ'изученности вянлняя гзлюяоигавскнх параиатров нвизсэккя яойртгая кд ого состав, строенвз к егойства, а такзе на работоспособность рзл^зго инструмента. Постоуу дедь~ иеввиэ исследования, сгсзгмггз с щюцзсссгя фэрггкрозагпш свойств покрытия в провесе осаздения (конденсация), кзусексз кехгешз-ов повжения прочности материала пократпя, ого егдоеэдагс» ко-ханжеских и едгвзкодао-прочкостнух свойств во згасюсвгзп с износом реаущзго инструмента с погфктиза позвояязт разраба-гадать ковко технология. упрощения резу^его 'лютрумгпта.

Технология нанесения K3p6oa:wpig3»!n: пощетка ка рску-д'й инструмент открывает -йрнодяиаяьш копна твжологкчесяжг боз-шзностя повшгзнпя работоспособности рочуцзго киструкзн-га путей нанесения nciграткл с зеранзо ¡»адаянит и стебклыю получгз-

1ЯМИ СВОЙСТВаШ«, что СПОСОбЕ'О ПрШЗЗС'Щ к су„~ЗСТЕе1П0Гу повкге-нкэ работоспособного ре%ут;зго инструмента. В езяза о зтдг тока исследований, кздровгегзшх на поЕкгтакэ работоспособности рекудзго гаструпента путей кзизнепня состава пояратоа на осйоео карбонитрида ткт<ша, является актуальной.

Работа плодксиа в ршлках задания 33 коюизкскоЗ Црогрксаг работ по реггенш иаупко-тйяккчгеггай npofco.'CJ ПШТ 0.15.05 t кокпяексиой прогрглъаг ноус-го-псскедовательскгас к оиико-еонст-руиторских работ выспих учобкнх зпЕЭденкй: Нггквуза FC5CP по соз-данкзэ и освоения гибких производстзонных систем на 1935-20 годц (задание 01.11.01.03), а такте в рамках целевой тдкексной территориальной програнта развития народного хозяйства Ульяновской области на IS36-90 годы, согласованной с ПС1ГГ, АН СССР, Госпла-

кз рсеср.

Цель работы. ПошЕвииэ работоспособности рекуще-го инструмента путём взкаиения состава карбонитридного покрытия 8 а счёт кзизкакия технологических условий его конденсации.

О б ц а я методика исследований. Работа вшговиэна с использованном основных пояснений теории ро-зения натериовов, фаэшш твёрдого тела, теории и практики нанесет«! покрыт.'Л, современных мзтодоз реитгеноструктуриого и рент-геноспентрздьного- снадкза, растровой эяектронной т;:сро скопан , иате;21Т1Г40скгас цотодов шдакиззоваяия и статистической обработки эксперкзнтадьинх дакнцх на ЭВМ.

Научная новизна захдачазтся с сявдугмцеи:

- установлена •закономерности взаимосвязи процзсса .изнаннза-шш рогуцого кнструлзнта с составсн, структурный« к фкзкко-ие-Кйиичасх;злн ссойствааи иьрбонктркдких покрытий и условиями их конденсации;

- цреддоЕзии, обоснованы и экспбрюяштаяьно доказаны. иоде-яй фэруцрованяя свойств и структуры карбонитрвдны* подротяй за с-гот кгпеизш® состава покрытая и газовой среды при ковденсации по крата:; .

- тагхшщ еасшосвгь состава карбонктридоя: накрытий в состава газовой среда пру конденсации покрыта"! с параавтраки структура, юхЕкическнаи и адгазнонко-нрзчностщам свойстваш покрцтка ;

- установки закономэркости изнапшасния к контактных процессов рекуцаго кнструысита с разработавший составами карбонит-рвдкнх покрытий.

Практическая ценность." По разуяьтатаи работа срэдяэзгщ ноьнз способы пошаения работоспособности рс-ауцего глструкедта с карбоиктрэдякаа покритшша. Разработана техно логически процессы нанесения карбонигр!дашх покрытий» обес-псч;тсх'ч«и наилучгке состаш покрнтий (с точки зрения повывеник работоспособности репуцзго ккструкеита) к технологичгзскиэ реги-кг .рсалкя&цкх. Разработана коше составы покрытий к кокпоко-еошщз схе^'л устиювЕш дел их нанесена, а такае рзкомзцдации ко рацконаяшоиу ксловьэованка реаущэго инструмента с карбонкт-ркдаш пократшпа разкизкого состава для обработки розениеи заготовок кз стаязй н ставов раздкчкьнс груш обрабатывавшего.

Проведены опытно-прокышгенные испытания резуцего инструмента с карбонитрздкыми покрытиями, ряд разработок внедрён в действующее производство.

Апробация работы. Основные полозения и результата докладывались на 1-ом и 2-оы Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Современное электротермическое оборудование д*я поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов" /Саратов, 1988 н 1990 гг./, постоянном сешшарэ "Физико-технологические пробдеш поверхности металлов" /Томск, 1988 г./, научно-технических конференциях "Проблема автоматизации перенастраиваемых производств в иааиностроении" /Волгоград, 1^83 г./, "Пути погашения эффективности использования оборудован« с ЧПУ" /Оренбург, 1989 г./, "Конструкционная прочность, долговечность, упрочнение материалов и деталей шаякн" /Волгоград, 1990 г./, "Автокатаэация технологической подготовка механообработки деталей на станках с ЧПУ" /Ленинград, 1990 г./» Всесоюзной научно-технической конференции "Пути повышения стойкости и надёяности реаупдех и птампоБЫХ инструментов* /Николаев, 1990 г./. международной научно-технической конференции "Новые материала и технологии в пороппсовой металлургии" /Болгария, София, 1990 г./, научно-технических конференциях "Инструментальное обеспечение автоматизированных систем механообработки" /Иркутск, 1990 г./, "Наукоёмкие технологии в машиностроении и приборостроении" /Рыбинск, 1994 г./.

. Материалы диссертации обсу&дены на распиреннкх заседаниях кафедр "Технология машиностроения",•"Иеталлоревудие станки и инструменты" Ульяновского Государственного технического университета в 1990-1993 годах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ и получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, заключения, списка использованной литературы и приложений. Содерзит 160 страниц машинописного текста, 79 рисунков, 30 таблиц, библиография из 171 источника.

В работе приняты обозначения: РИ - резущий инструмент, П -покрытие, Ш - инструментальный материал, ОН - обрабатываемый материал, КИБ - конденсация покрытия в условиях ионной бомбар-

дировкк.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Во введении обоснована актуальность работы и кратко излоаены научно-практические результаты.

В первом разделе приведен анализ работ, лосейцзнкнх вопросам применения износостойких П в металлообработке и методам их получения, а также вопросам повышения работоспособности РИ с П. Проведённый анализ литературных истопников показывает значительный интерес к проблеме повышения работоспособности РА с И, полученного кетодоа КИБ.

В настоящее время имеется рдд подходов к проблеме повьше-юш работоспособности РИ с П, наиболее перспективным из которых, на наш взгляд, является подход, основанный на структурной упрочнении ыатериада П, который позволяет использовать его основные покоаения в создании новых типов П. Действительно, даль^-нейше исследования, связанные с Ефодессани формирования свойств П в процессе осаадения (коцдзнсации), изучение механизмов повшеш'л прочности материала Б, его структурных, иеханических и едгезк ¡нно-цроодосткых свойстз во взаимосвязи с изнашиванием РИ с П позволяет разрабатывать нзвуа технология упрочнения РИ4 пряданителшо к методу КИБ.

Технология нанесения карбонитрздных П на РЙ отк^швавт принципиально новые технологические возможности повышения работоспособности ГИ путём нанесения П с заранее заданными и стабильно получаемыми свойствами, что способно привести к существенному повывета работоспособности Ш. Ьзесте с тем следует отметить, что недостаточны данные о механизмах повшения свойств в карбо-китридных П, в зависимости от изменения состава и строения этих П, изменения технологических параметров процесса конденсации карбонитрвднах П, недостаточно рассмотрены возможности направлен кого изменения структуры и свойств карбонитредных П, полностью на вскрыты взаимосвязи износа РИ с П на основе карбоннтридэв с составом, условиями формирования и свойствами П, а такаэ работоспособностью РИ с карбонитрвдншди П.

Таким образом, проблема повышения работоспособности Ш с Г на основе карбонитридов требует дальнейшего исследования и раз-

работки.

Цель работы - поЕзеение работоспособности РИ путём взкано-ния состава карбоширздиых П за счат нздоизняк технологических условий aro конденсации.

Для достинзнкя уяазашоП цэда были постазтгеш следующие задача:

1. Исследовать кзхкнизн повкгетия струглуранх я козаиячсс-ких свойств П на основе кгрбсидтргдэв.

2. Разработать тэшояогкчсскиз процессы' нзнесеашп карбонит-ридних П.

3. Исследовать взаимосвязь состава и строения ларбокятрзд-кых П со структурными, мвханячэсхкзи свойствен П и регуцкгд свойствами инструмента с карбокитрцднкм II.

4. Исследовать влкяниз состава карбонггеркдшх П на дтлглг;-ку изнашивания, т:он?акта:з к теяуовыэ процесса.

5. Определить эффективность разработекннх составов карбо-нитрадшх П к области их рсцгюиадьноГ» зкспауатадш, прклзки-тэаьно к различит rpyms.4 ОН.

Во в тор ом р а з д о „т б кзтоязна кокдагкснзя "з-тодхжа исследования параметров структура П, его мззанкчесанх к едгезиоино-прочкостных свойств, стойкостных ксаытгикй, контакт-ifflx процессов при резанш; и изншзиваиии RI с П. Крог:а того3 приводятся характеристики Ш n O'i, пркгоняеалс приборов и оборудования.

. Объектом псслвдоваккя сяузихп кшер<угсяазаекыа твердоспяаз-ные пластпнк из сплавов EKG, ЕКШ!, ШО ОМ к пластины яз" быстрорежущей стали Р6Ы5. В качество ОМ были игбракы стада 2GKTCA, I2XI8HI0T к татаношй епяаз ВТ22. Нанесения П «а исного карбс-нитрвдов осущестгяяяось на установке "Булат~0Г\ В ксязстпэ реакционного газа использовались rasoвиз ензеп ца основе азота п ацетилена, приготааливает&гз в бандопэ "низкого даввшая, обоспз» чквсяцим переме^кваяие емзек. В каиастса глаториалоз катодов били кспользовада: тктакоЕНй епдап BTI-0, цяркоиий 3-IIQ, полкбдеп марки МЧВЛ, ннтсриеталлстесккв катоды «а осково Ti - AÍ и Tc-St , а такхе составные катоды на основе тнтгиового ептава BTI-0 со вставками яз циркония Э-110 п нзряавсяцей стаз?и ISSI8HI0T.

Измерение температуры конденсации П ка В1 производили с поморья оюттоеского нпкропкрэиетра ЕИШ-015М и инфракрасного пн-

ракатра Я2Ч~51. йзайрение микротвердости П проводили по методу Кнудпа при нагрузке 1Н на приборе и\/"Те$1;СГ " (Австрия), ад-гезиокко-прочностные свойства - на твердомере ТК-2М методом непрерывного вдавливания алмазного индентора. Площадь отслоения О и характер разрушения изучали с поиоцыэ металлографического микроскопа " ЫаорЬо1-21" и растрового электронного микроскопа «СЕМЗКАМ".

Структурныз исследования образцов с П проводили методами рентгеновской дкфрактометрии, растровой электронной микроскопии и фрактографки кзкодав. Нгыерекиа параметров структуры Л н остаточных напрлаенкй осуществлялось на дкфракто&атре "ДРОН-2МЯ. Кюакческий анализ П исследовали на мккроскопа>:"С£М5КАЫ , иЗТсГ<ЕОЗКА^Г с кикроеналпааторами сястеш " ЫпК а также на кккроанализаторе " САМЕВАХ В качества эталонов ксподь-совади чистые элементы (Тс ,Ег- ,Мо ,Сг ,АС ,3(. и т.д.).

Стойкостнке испытания РИ с П и исследование контактных процессов проводили на токарно-вкнторезном станке мод. 161-120 с бесступенчатым приводом гдащ-юго движения. Измерение состав-етззпх силу резания проводили с помоцью динвыометрз. УД1-6Ш с кошкектои регистрзрузчей аппаратуры. Длину контакта струвки с передней поверхностью РИ определяли на оптических к растровых электронных микроскопах пасет стравливания наякпэв, а таккз . в характ&ркстическои излучении. Для расчЗта основных контактных пар-шзтров процесса резания, характернзузтдих тепловое и напряжённое состояние И5, использовалась специальная прогреют расчёта. В отдельных экспериментах исследовались корни стружек; полученные с помощью устройства для мгновенного прекращения процесса резания. • •

Обработку экспериментальных данных проводили с ксподьзо-занпш нетодов математической статистики.

В третьем разделе изложены теоретико-Екслергекштахьшз исследования механизмов упрочнешш штериала покрытия и разработка технологически процессов повнсекия работоспособности В1 с карбонитрвдкым покрытием.

На основе анализа работ, аосвяцённах изучения износа И", с к-энно-пдазменкьащ покрытиями и собственными исследованиями установлено, что разрушение покрытия в процессе резания прождал"? в результата образования и развития трещин на контакт-

ных площадках И. В процессе работы РИ образование и развитие трещин интенсифицируется, сопровождается вырывом • отдельных частиц материала покрытия, что приводит к нарушения ого сплоп-ности, обнааенгаэ ИМ, а такза к интенсификации контактных и диффузионных процессов, дальнейшему износу РИ..

Проведенными исследованиями было показано, что главнуп роль в повышении работоспособности Н1 с покрытием следует отнести направлению структурного упрочнения материала покрытия, поскольку изменение свойств покрытия отражается как на взагаго-действии на границе "П-С1Г, так и на изменении прочности свя- ' зи "П-иг.

Шло установлено, что только два дислокационных механизма полностью удовлетворяют усзювяяы повызения прочности (применительно к плёночным материалам) - это твердораствориое упрочнение я упрочнение шпсроструктуркши барьерами.

11а основе анализа технологических условий конденсации покрытий методом КИБ возможно задействовать данные ыеханизкы упрочнения материала покрытия: твердорастворное упрочнение за счёт остаточных газов вакуума, путём изменения тедаература конденсации покрытия ; твердорастворное упрочнение материала покрытия за счёт изменения, его состава (металлических кошонентов и газовой среды при конденсации) ; упрочнение ыикроструктурными барьерами за счёт создания слоистости в покрытии без изменения его состава и с изменением состоава; кокбинкрованный механизм упрочнения - различное сочетание вышеуказанных механизмов.

Для реализации указанных механизмов -упрочнения материала карбонитридного покрытия были разработаны компоновочные схеш установки и условия конденсации покрытия. ' -

Для подтверадения выдвинутых механизмов повышения прочностных свойств карбони'тридных покрытий было рассмотрено формирование покрытия сложного состава, подученного из раздельных катодов с вращением РИ. В качестве модельной системы было выбрано покрытие на основе {ТС »2г)СЫ . Разработанная физическая модель позволяет рассчитать толщину и состав получаек« покрытий, в зависимости от компоновок установки, наличия фокусирующей системы плазменного потока, а такне состава газовой. смеси, "троение слоя получаемого покрытия за один оборот поворотного стола установки показано на рис.1. Анализ модели и

а

0 0.2 0,к 0,6 0,6 {0 Доля оборота —

НгСИ

б-

6

Рис.1. Изменение состава покрытия типа (Т[ ,2г)СЫ (а) и схема строения сдоя покрытия (б, в) за один оборот изделия

результатов расчёта позволили сделать предположение о протекания двух механизмов упрочнения материала покрытия. Ео-первых, механизм твердорастворного упрочнения за счёт легирования материала покрытия 2г и углеродом из газовой смеси, о чёк свидетельствует наличие переходных слоев в общей толщине покрытия за одш оборот стола. Во-вторых, упрочнение иикроструктурными барьерами за счёт образующейся микрослоистости, размеры которой могно регулировать.

Для экспериментального подтверждения высказанных механизмов упрочнения материала покрытия были проведены исследования влияния состава покрытия и состава газовой смеси на параглетры структуры, физико-кеханические свойства получаемых покрытий и износостойкость РА с покрытием.

Результаты исследования параметров структуры и свойств образцов с покрытием Ti.CN представлена в таблице.

Таблица

Влияние состава П типа ТсСМ на параметры его структуры

Содвраанив в сгеси С^Н^, % Параметры структуры Нр.ГПа

а.нм Аи.гра^Доо б0, МПа

0 0,4273 0,5 НО -1600+210 32,0

15 0,4276 0,55 40 -2500+280 38,0

25 0,428-4 0,66 25 -3200+340 46,8

35 0,4292 0,75 20 -3800+400 49,5

50 • 0,4306 1,4 0,9 -1600+150 41,0

75 0,4336 1,85 0,8 -1260+400 28,4

1С0 0,4354 1,6 0,6 -1280+460 37,8

Наблюдаемое изменение параметров свидетельствует о ыикро-дефориации кристаллической решетки, что вызывает изменение свойств материала покрытия ( Н_)Л ) - Такге установлено изменение адгезионно-прочностных свойств (Ко) покрытия от состава, причём, характер изменения Ко аналогичен изменении бо и Н. Изменение цеханических ( ) и адгезионно-прочностных свой-

ств (Ко) покрыт:м ТсСЫ сказывается и на интенсивности изнашивания РИ с покрытие«, что и подтвердили испытания. Снижение интенсивности изнашивания по сравнении с покрытием ТсЫ при то-

чении пластинами ВК6 сталей ЗОХГСА, 12Х18Н10Т и сплава ВТ22 достигает 1,6-3,0 раза в зависимости от ОЫ.

При исследовании совместного влияния состава газовой смеси и легирования металлом (Ее ) покрытия ТсСИ установлено, что происходит аналогичное изменение периода кристаллической решетки А , ширины рентгеновской линии Р щ , текстуры и микротвёрдости Нц . Расчёт остаточных напряжений бо невозможен методически, поскольку покрытие (Тс >Вг )СМ » полученное из раздетькьи' катодов является двухфазные. Изменение структурных параметров покрытия свидетельствует о миюродефорыации кристаллической решетки, причём, более.интенсивно, по сравнению с покрытием ТиСН • Всё это отражается на механических, ад-геэионно-прочностных свойствах, а также износостойкости РЛ с полученными покрытиями. Износостойкость № с П типа (ТС ,Нг)СМ по сравнению с ТсСН в 1,3-1,4 раза выше, и минимум интенсивности изнашивания приходится на тот ав диапазон состава газовой смеси, что и у П типа Т(СЫ .

При исследовании покрытий на основе Тй*2г и Т£-р£ , полученных из составных катодов, характерны те же закономерности, что и для покрытий, полученных по раздельной технологии - изменение с става газовой смеси приводит к изменении структурных параметр )в покрытия, его механических и адгезионно-прочностных свойств, а также интенсивности изнашивания В1 по сравнен из с Ш с пок, ^тием Tl.CN .

При . сследовании карбонитридных покрытий на основе Ти-Аб-и Ц-Бс , легирующие элементы которых (А£ и ) менее дефицитны и дорогостоящие, чем тугоплавкие металлы (2г ,Мо ,Сг » Н| . ИЬ и пр.), изменение состава газовой смеси вызывает аналогичное изменение параметров структуры покрытия, что сказывается на увеличении Н^ . Следует отметить, что низкий уровень остаточных напряжений, высокие адгезионно-прочностные свойства (особенно для покрытия ,)0Ы) и низкая склонность к окислении при интенсивных режимах обработки позволяют успешно конкурировать со сложными карбонитридными покрытиями типа

и (Ти ,МО)0Ы < подученными по раздельной технологии.

Технология нанесения карбонитридных покрытий позволяет ак-кс создавать покрытия с искусственной слоистостью (при попер.. ,н-

ной подаче газовой смеси при конденсации покрытий), отличающихся низким уровнем остаточных напряжений и высокиш адгезионно-прочностными свойствами.

Таким образом, используя возможности технологии нанесения карбонитридных покрытий, моано задействовать различные механизм упрочнения материала покрытия для регулирования свойств получаемых покрытий, а такае износостойкости РЛ, применительно к различным ОМ и условиям резания.

В четвёртом разделе приведены результаты исследования, подтзврздаэщиз выдвинутые полонения о повышении работоспособности РИ с покрытиями на основе ТССН путём легирования металлами я изменением состава газовой смеси при конденсации покрытия. Определены наилучше составы карбонитридных покрытий (с точки зрения работоспособности РЮ при обработке различных материалов.

Показано, что изменение температуры конденсаши 9К и остаточного давления Р0 при нанесении карбонитридных П влияет на уровень микродеформацки кристаллической решетки, что отра-аается на структуре П, его механических и адгезионно-прочностных свойствах, а такне изнашивании РИ. Исследования работоспособности твердосплавных и быстрорежущих инструментов при резании заготовок кз старей ЗОХГСА, 12ХШН10Т и титанового сплава 8Т22 выявили высокую эффективность П на основе карбонитридов. Било устанозлено, что изменение содеряаиия в газовой

смеси существенно влияет на период стойкости РЯ. Показано, что ¡гзханизм формирования свойств П обусловлен задействованием различных механизмов упрочнения материала П, особенно это проявляется при нанесении П кз раздельных катодов. Определены составы газовой смеси при нанесении П, полученных из раздельных, составных и литых катодов, применительно к конкретным ОМ, обеспе-чиваэщие наибольшее увеличение периода стойкости.

Исследованиями установлено, что период стойкости РИ с карбонитрздннми П в 1,5-4,? раза высе по сравнению с РЛ с покрытием ТСМ и в 1,5-2,1 раза выше по сравнению с аналогичными нятрццными Д слоеного состава. Введение в состав П на основе "ft.CN недефинитных металлов ( Ие , АС и ЗС ) способствует певмзенгаз работоспособности твердосплавного и быстрорежущего инструмента.

В пятом разделе рассмотрены вопросы изменения контактных процессов,теплового состояния РИ с карбонит-радными П, а также изнашивание РИ с П при резании различных ОМ.

Показано, что нанесение карбонитридных Л уыеншает дмшу контакта строки по передней повэрхности Ш, что приводу,? к некоторому повышенно средних нормальных нагрузок и нормадышх напряжений по сравненкэ со слоаныии нитр5днши П, но не превышает уровня для РИ с покрытием ТсК! . Нанесение карбо{ итрид-шх П в меньшей степени сказывается на мощности тепловых источников, их интенсивности н перераспределении тепловых штоков по сравненкаеРИ с покрытием НИ • Установлено выравнивание топ-лоеого состояния РЛ с П сложного состава на основа нитридов и карбонктридов с увеличением скорости резания .

При исследовании профилограмм износа и очагов извоса установлено, что карбонитридные П сдеряиваат процессы пяастзгаес-кого деформирования реиуцэго кдкна РИ, сдеряиваэт процессы образования и развития трещин, диффузионный иассоперзнос и сдвигают начало трещинообразования в область более высоких силовых и теплових нагрузок, благодаря высоким адгезионно-прочностным свойствам высокому уровню еккмащцих напряжений, что обусловлено их составом и технологией нанесения П.

В иестоы разделе- исследованы области эффективного применения РИ с разработанными составами карбонитридных II при точении различных ОМ. Выявлено совызонко периода стойкости Ш с карбонитридныии П с увеличением скорости рзза--ния и снижение его с увеличением подачи по сравнений с РЛ с П ТЖ . Установлено, что нанесение П слоеного состава на основе ТсСН повышает стойкость Е1 по сравненкз с РИ с П ТиК! в 2-4 раза при точении быстрореауциы инструментом различных ОМ к е ¿,Ь-Ь рал при точении твердым словом (ск. ркс.2 ).

Проведенными расчётами себестоимости обработки деталей машин показано, что пршенениа РЛ с карбонитридныии П позволяет увеличить производительность труда и снизить затраты на операциях точения различных ОМ по сравнения с Рй с П Т1Ы .

В приложениях представлены акты опытно-про-мыаленных испытаний, справка о внедрении, копии авторских свидетельств.

а

и/мин 240

V —

5

ся I

покрытием при точении раздич-

Рис.2. Влияние скорости резания на период стойкости пдастин ВК6 ОН них материалов - ЗОХГСА (а), 12Х1ШЮТ (б) и ВТ22 (и) ( Б = 0,3 мм/об, t = 0,5 ш): I - без покрытия, 2 -тсы, з -ТсСМ , 4 - (ТсДг-Ж , 5 - (ТсДг-)СН, 6 - Ш,Мо)СЫ , 7 - (Тс-А^СЫ , б - (ТС-ЗОСИ

ОБЩИЕ вывода

1. На основе анализа условий конденсации П предложены и экспериментально подтверждены физические модели упрочнения материала П на основе ТсСЫ путём изменения его состава. Установлено, что при нанесении Л реализуются механизмы твердораствор-ного упрочнения и упрочнения микроструктурными барьерами, которые могут действовать как независимо, так и одновременно.

2. Установлены физические закономерности влияния состава П на основе карбонитридов на структурные, механические свойства Г1, на основе которых предложены принципы и технологические схемы создания различных типов карбонитридных П и управления их свойствами.

3. Предложены новые конструкции и составы карбонитридных П, в т.ч. не содержащие дефицитных элементов (на основе "П. ,

Рб . А£ и ). Определены наилучшие составы П и составы газовой смеси (с точки зрения работоспособности РИ) при конденсации П применительно к конкретным группам ОМ при обработке твёрдосплавным и быстрорежущим инструментом.

1. Установлено, что применение карбонитрвдных П сложного состега благоприятно сказывается на изменении контактных нагрузок л тепловом состоянии Ш с П, снижает термомеханическую напряг, знность режущего ктюта инструмента по сравнению с РИ с П Т£К •

5. Установлено, что карбонитридные П благодаря высокой трещиностойкости, адгезионно-прочностным свойствам, высокому уровню сжимающих напряжений сдеркивают процессы образования и развития трещин, а также сдвигают начало интенсивного трещино-образования в диапазон более высоких силовых и тепловых нагрузок.

6. Разработанные составы карбонитрвдных П позволяют увеличить период стойкости Ш с 1,5 до 5 раз по сравнению с Ш с П ТсЫ , и в 1,7-2,1 раза по сравнению с аналогичными нит-рвдными П, в зависимости от состава П, режимов резания и ОМ.

V. Проведёнными технико-экономическими расчётами показано, что применение РИ с карбонитридными П позволяет увеличить производительность и снизить себестоимость операций механической обработки деталей машин по сравнению с РИ с П 1*1 N .

8. Разработанные способы повыпзния работоспособности РИ зацщекы авторскими свидетельствами, результаты исследований внедрены в производство.

Список публикаций по теме диссертации

I. Повышение работоспособности режущих инструментов с покрытиями на основе нитрвда титана /Табаков В.П., Николаев D.H., Ширианов H.A. и др.// Современное электротермическое оборудование для поверхностного упрочнения деталей машин и инструментов: Тез.докл. 1-го Всесоозн. научн.-технич. симпозиума. -П.: Информзлектро, ISSS. - С.20-21.

21 Повышение работоспособности ревущего инструмента с покрытиями /Полянскоз D.B., Табаков З.П., Ширманов H.A. и др.// Физика износостойкости поверхности металлов. -Л.: 5ТИ, 19:8. - С.212-216.

3. Табаков В.П., Нирмачов H.A. Покипение работоспособности ревущего инструмента с покрытием на основе карбонитрида титана //Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУ: Тез. докл- научно.-практич. конф. - Оренбург: ОД ВИТО иа-шиностроения, 1969. - С.51.

4. A.C. 1583464 СССР, МКИ С23С 12/02. Способ шюгократного восстановления металлообрабатывающего инструмента преимудест-венно з процессе эксплуатации /З.П.Табаков,-A.B.Шестернинов, Н.А.Оирианов и др. - !■: 4204958 ; Заявл. 4.03.87.

5. Табаков В.П., Еирианов H.A. Упрочнение резущего инструмента с покрытием на основе карбонитрида титана путём направленного изменения его структуры и свойств //Конструкционная прочность, долговечность, упрочнение материалов и деталей машин: Тез. докл- иеяресп. научно-техн. конф. - Волгоград: Дом техники НТО, 1990. - С.122-123.

6. Табаков В.П., Ширкаков H.A. Повышение стойкости режущего инструмента путём упрочнения материала износостойкого покрытия //Автоматизация технологической подготовки механообработки деталей на станках с ЧПУ: Тез. докл. научно-техн. семинара. -Л.: ЛДНТЩ 1990. - С.63-64.

7. Табаков В.П., Шнргганов H.A. Повышение стойкости режущего инструмента путём оптимизации состава покрытия и газовой сре-

- iö -

дц при его конденсации //Пути повшения стойкости к надёжности режущих и шгаиповых инструментов: Тез. докл. научно-техн. конф.

- Николаев: ОП союза ШО СССР, 1990. - С.32.

8. Новиз износостойкие покрытия для твердосплавного pesy-щого инструнента /Киколааа D.H., Табаков В.П., Ширманов H.A. и др. //Новые материалы и технологии в порошковой металлургии : Тез. докл. мед.научно-техн. конф. - Болгария, София: Дои науки и техники, 1990. - С.107-106.

9. Табаков В.Я., Ширианов H.A. Работоспособность ресу^его инструмента с покрытиями на основе карбонитрида титана rips; обработке разлютых обрабатываемых материалов //Современное зкек-Tpo^rep;.!iwecKoe оборудование для поверхностного упрочнения деталей иашин и инструментов: Тез. докл. П-го Всесоазн. научного:«. симпозиума. - М.: Инфориэдектро, 1990. - С.54-55.

'10. Табаков Ъ.IL, Ширианов H.A. Применение рекуцего инструмента о покрытием на основе карбонитрида тагана //Инструызнталь-нос обеспечение автоматизированных систем механообработки: Тез. докл. рйепуб.т. научно-твхн. конф. - Иркутск, 1990. - С.19-20.

11. Табаков В.П., Пируанов H.A. Повшенко'стойкости инструмента из быстрорежущей стали с износостойким покрытие:: путёи комбинированной упрочняющей обработки //Смазочно-охлаядаздае технологические средства в процессе обработки резанием: Исксуз. сб. иаучн. тр. - Ульяновск; Уя11И, 1990. - C.III-II6.

12. Ширмаков H.A. Износостойкое конно-плазызщюе покр-лако //Инфорк.листок № 49-92. - Ульяновск: ПШИ, 1932. - 3 с.

13. Ширианов H.A., Табаков В.П. Иокно-плаз.мокныэ покрытия на основе карбонктрвда титана //Hrejopu. ласток 8 50-92. - • Ульяновск: ;>НТИ, 1992. - 3 е..

14. Ширианов H.A., Табаков В. П. По вышние стойкости pezxyqs-го инструмента с покритиск на основе карбонктридов тугоплавких металлов //Инфоры. листок Ш 102-92. - Ульяновск-: ЦНГО, 1922. - 3i

15. Табаков В.П., Ширианов H.A. Применение покрытий на основе карбонктрвда титана для повышения стойкости рекуаего инструмента //Прогрессивные технологические процессы в иеханообраба-■тывасцем и сборочной производства: Тез. докл. научно-техн.конф.

- С.-Петербург: Док наукк и техники, 1992. - C.8S-87.

15. A.c. 1774667 СССР, ЫКИ С23С 14/34. Способ получения износостойких nGi'puTiiu на ревучем инструменте /Н.А.Шкркаков к др.

- 7J5 4731649 ; Заявя. 16.03.89. (ДШ).

17. Табаков В.П., Ширманов H.A., Никоненко A.B. Упрочнение реаущего инструмента с покрытием на основе карбокитрида гитана недефицитными легирующими элементами //Прогрессивные технологии производства, структура и свойства поропковых изделий, композиционных материалов и покрытий : Тез. докл.российск. научно-техн. конф. - Волгоград : Дом науки и техники, 1992. - С.88-89.

18. Ширманов H.A. Повыпение стойкости режущего инструмента путём нанесения карбонитридных покрытий //Новые материалы и технологии ыашиностроения: Тзз.докл. российсх. научно-техн. конф.

- Ы.: МАШ, 1992. - С.23.

19. Ширманов H.A., Толубаев H.D., Табаков В.П. Применение реауцего инструмента с покрытием на основе нитридов и карбонит-ридов титана, полученных из составных катодов //Наукоемкие технологии в иапиностроении и приборостроении: Тез. докл. российсх. научно-техн. конф. - Рыбинск: РАТИ, 1994. - С.76-77.

20. Ширманов H.A., Табаков В.П. Исследование влияния износостойких покрытий на основе карбонитрида титана на контактные и тепловые процессы, изнашивание реяущего инструмента // Наукоёмкие технологии в мгЕиностроении и приборостроении: Тез. докл. российск. научно-техн.конф. - Рыбинск: РАТИ, 1994. - С.77-78.

Офсетная яаб. УдГТУ. Заказ 594. Тира- 100.