cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2016-3-40-47cvmet-351Research ArticleОбработка металлов давлениемPressure Treatment of MetalsРАЗРАБОТКА УПРОЧНЯЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗАНИЯ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ20Development of hardening technologies to improve performance of VT20 titanium alloy cuttingМыльниковВ. В.MylnikovV. V.

канд. техн. наук, доцент кафедры материаловедения, технологии материалов и термической обработки металлов НГТУ.

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., Department of materials science, technology of materials and heat treatment of metals.

mrmylnikov@mail.ruПронинА. И.ProninA. I.

канд. техн. наук, доцент кафедры технологии машиностроения КнАГТУ

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., Department of technology of mechanical engineering.

alex.pronin2011@mail.ruРомановА. Д.RomanovA. D.

зав. лабораторией НГТУ.

Head of the laboratory of NSTU

mrmylnikov@mail.ruНижегородский государственный технический университет (НГТУ) им. Р.Е. Алексеева, 603950, г. Н. Новгород, ул. Минина, 24РоссияNizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev (NSTU), 603950, N. Novgorod, Minin str., 24.Russian FederationКомсомольский-на-Амуре государственный технический университет (КнАГТУ), 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27).РоссияKomsomolsk-on-Amur State Technical University (KASTU), 681013, Komsomolsk-on-Amur, Lenin av., 27.Russian Federation201606062016034047Copyright © Мыльников В.В., Пронин А.И., Романов А.Д., 20162016Мыльников В.В., Пронин А.И., Романов А.Д.Mylnikov V.V., Pronin A.I., Romanov A.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/351

Рассмотрены технологические принципы повышения работоспособности концевых фрез, выполненных из быстрорежущей стали Р6М5К5, путем упрочнения режущей части этих фрез ионным азотированием и комплексного упрочнения (ионное азотирование и нанесение композиционного износостойкого покрытия на основе нитридов металлов). Для оптимизации режимов азотирования проведены испытания на стойкость партии фрез. Выбран оптимальный режим упрочнения, обеспечивающий наибольшую стойкость концевых фрез при обработке титанового сплава ВТ20. На основе экспериментальных данных о влиянии состава покрытий на стойкость концевых фрез предложены составы износостойких покрытий. Установлено влияние режимов резания на стойкость упрочненного инструмента. Проведен теоретический анализ результатов испытаний работоспособности упрочненного режущего инструмента.

Technological principles to improve performance of end mills made of R6M5K5 high-speed steel are considered by hardening of their cutting edges with ion nitriding as well as by complex hardening (ion nitriding and application of composite wear-resistant coating based on metal nitrides). A batch of mills was tested for resistance to optimize the nitriding conditions. The optimum hardening mode that provides the highest resistance of end mills in the processing of VT20 titanium alloy was chosen. The compositions of wearresistant coatings were proposed according to the experimental data of their effect on the end mill resistance. The impact of cutting conditions on the hardened tool resistance was determined. A theoretical analysis was performed as regards the results of hardened cutter performance tests. 

титановый сплавупрочнение инструментаизносстойкостьионное азотированиеоптимальная скорость резанияконцевая фрезаизносостойкое покрытиедислокациимикротрещиныtitanium alloytool hardeningwearresistanceion nitridingoptimum cutting speedend millwear-resistant coatingdislocationsmicrocracksReferencesEzugwu E.O., Wang Z.M. Titanium alloys and their machinability: A review // J. Mater. Process. Technol. 1997. Vol. 68. P. 262—274.Ezugwu E.O., Wang Z.M. Titanium alloys and their machinability: A review. J. Mater. Process. Technol. 1997. Vol. 68. P. 262—274.Ginting A., Nouari M. Experimental and numerical studies on the performance of alloyed carbide tool in dry milling of aerospace material // Int. J. Mach. Tools Manuf. 2006. Vol. 46. P. 758—768.Ginting A., Nouari M. Experimental and numerical studies on the performance of alloyed carbide tool in dry milling of aerospace material. Int. J. Mach. Tools Manuf. 2006. Vol. 46. P. 758—768.Subramanian S.V., Ingle S.S., Kay D.A.R. Design of coatings to minimize tool crater wear // Surf. Coat. Technol. 1993. Vol. 61. P. 293—299.Subramanian S.V., Ingle S.S., Kay D.A.R. Design of coatings to minimize tool crater wear. Surf. Coat. Technol. 1993. Vol. 61. P. 293—299.Komanduri R., Turkovich B.F.V. New observations on the mechanism of chip formation when machining titanium alloys // Wear. 1981. Vol. 69. P. 179—188.Komanduri R., Turkovich B.F.V. New observations on the mechanism of chip formation when machining titanium alloys. Wear. 1981. Vol. 69. P. 179—188.Nouari M., Makich H. Experimental investigation on the effect of the material microstructure on tool wear when machining hard titanium alloys: Ti—6Al—4V and Ti-555 // Int. J. Refract. Metals Hard Mater. 2013. Vol. 41. P. 259—269.Nouari M., Makich H. Experimental investigation on the effect of the material microstructure on tool wear when machining hard titanium alloys: Ti—6Al—4V and Ti-555. Int. J. Refract. Metals Hard Mater. 2013. Vol. 41. P. 259—269.Ginting A., Nouari M. Optimal cutting conditions when dry end milling the aeroengine material Ti-6242S // J. Mater. Process. Technol. 2007. Vol. 184. P. 319—324.Ginting A., Nouari M. Optimal cutting conditions when dry end milling the aeroengine material Ti-6242S. J. Mater. Process. Technol. 2007. Vol. 184. P. 319—324.Кривоухов В.А., Чубаров Л.Д. Обработка резанием титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1970.Krivoukhov V.A., Chubarov L.D. Obrabotka rezaniem titanovykh splavov [Processing by cutting of titanic alloys]. Moscow: Mashinostroenie, 1970.Кабалдин Ю.Г. Исследование прочности сцепления стружки с инструментом // Станки и инструмент. 1973. No. 4. С. 36—37.Kabaldin Yu.G. Issledovanie prochnosti stsepleniya struzhki s instrumentom [Investigation of the adhesive strength of the chip with the tool]. Stanki i instrument. 1973. No. 4. P. 36—37.Eugene R.L. Tooling structure: interface between cutting edge and machine tool // Keynote papers WSUD USA. Ann. CIRP. 2000. Vol. 49(2). P. 591—634.Eugene R.L. Tooling structure: interface between cutting edge and machine tool. Keynote papers WSUD USA. Ann. CIRP. 2000. Vol. 49(2). P. 591—634.Narutaki N., Murakoshi A., Motonishi S., Takeyama H. Study on machining of titanium alloys // Ann. CIRP. 1983. Vol. 32(1). P. 591—634.Narutaki N., Murakoshi A., Motonishi S., Takeyama H. Study on machining of titanium alloys. Ann. CIRP. 1983. Vol. 32(1). P. 591—634.Rahman M., Wong Y.S., Zareena A.R. Machinability of titanium alloys // JSME Int. J. Ser. C. 2003. Vol. 46(1). P. 107—115.Rahman M., Wong Y.S., Zareena A.R. Machinability of titanium alloys. JSME Int. J. Ser. C. 2003. Vol. 46(1). P. 107—115.Жучков Н.С., Беспахотный П.Д. Повышение эффективности обработки резанием заготовок из титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1989.Zhuchkov N.S., Bespakhotnyi P.D. Povyshenie effektivnosti obrabotki rezaniem zagotovok iz titanovykh splavov [Increase of efficiency of processing by cutting of preparations from titanic alloys]. Moscow: Mashinostroenie, 1989.Sato H. Mechining of titanium alloys // Kinzoku. 1982. Vol. 52. No. 3. P. 58—66.Sato H. Machining of titanium alloys. Kinzoku. 1982. Vol. 52. No. 3. P. 58—66.Мыльников В.В., Пронин А.И., Чернышов Е.А. Повышение работоспособности концевых фрез // Междунар. журн. прикл. и фунд. исследований. 2013. No. 10 (ч. 2). С. 227.Mylnikov V.V., Pronin A.I., Chernyshov E.A. Povyshenie rabotosposobnosti kontsevykh frez [Mproving the performance of end mills]. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovanii. 2013. No. 10 (Pt. 2). P. 227.Верещака А.С., Верещака А.А., Савушкин Г.Ю., Сивенков А.С. Многослойные наноструктурированные покрытия для режущего инструмента // Персп. материалы. 2014. No. 5. С. 39—48.Vereshchaka A.S., Vereshchaka A.A., Savushkin G.Yu., Sivenkov A.S. Mnogosloinye nanostrukturirovannye pokrytiya dlya rezhushchego instrumenta [Nanostructured multilayer coatings for cutting tools]. Perspektivnye materialy. 2014. No. 5. P. 39—48.Синопальников В.А., Гурин В.Д. Тепловые условия работы быстрорежущего инструмента с покрытием из нитрида титана // Станки и инструмент. 1983. No. 1. С. 14—16.Sinopal’nikov V.A., Gurin V.D. Teplovye usloviya raboty bystrorezhushchego instrumenta s pokrytiem iz nitrida titana [Thermal conditions of work with HSS tools coated with titanium nitride]. Stanki i instrument. 1983. No. 1. P.14—16.Suresh S. Fatigue of metals. Cambridge University Press, 2006.Suresh S. Fatigue of metals. Cambridge University Press, 2006.Giannakopoulos A.E., Suresh S. Determination of elastoplastic properties by instrumented sharp indentation // Scr. Mater. 1999. No. 10. Р. 1191—1198.Giannakopoulos A.E., Suresh S. Determination of elastoplastic properties by instrumented sharp indentation. Scr. Mater. 1999. No. 10. Р. 1191—1198.Пронин А.И., Мыльников В.В., Чернышов Е.А. Причины низкой работоспособности пластин из режущей керамики при твердом точении // Материаловедение. 2014. No. 5. С. 13—15.Pronin A.I., Mylnikov V.V., Chernyshov E.A. Prichiny nizkoi rabotosposobnosti plastin iz rezhushei keramiki pri tvyerdom tochenii [The reasons for the low efficiency of cutting ceramics inserts in hard-part turning]. Materialovedenie. 2014. No. 5. P. 13—15.Пронин А.И., Мыльников В.В., Рожков И.И. Повышение эффективности обработки за счет использования режущего инструмента, оснащенного упрочненными пластинами из сверхтвердых материалов и режущей керамики // Междунар. журн. прикл. и фунд. исследований. 2013. No. 10 (ч. 2). С. 377—380.Pronin A.I., Mylnikov V.V., Rozhkov I.I. Povyshenie effektivnosti obrabotki za schet ispol’zovaniya rezhushchego instrumenta, osnashchennogo uprochnennymi plastinami iz sverkhtverdykh materialov i rezhushchei keramiki [The increase of the processing efficiency due to the use of the cutting tool, equipped with hardened plates of superhard materials, cutting ceramics and]. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovanii. 2013. No. 10 (Pt. 2). P. 377—380.Пронин А.И., Мыльников В.В. Влияние различных методов упрочнения на работоспособность режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов и минералокерамики при обработке труднообрабатываемых материалов // Технол. металлов. 2011. No. 9. С. 36—41.Pronin A.I., Mylnikov V.V. Vliyanie razlichnykh metodov uprochneniya na rabotosposobnost’ rezhushchikh plastin iz polikristallicheskikh sverkhtverdykh materialov i mineralokeramiki pri obrabotke trudnoobrabatyvaemykh materialov [Influence of various methods of hardening on operability of the cutting plates from polycrystalline supersolid materials and mineralokeramik when processing of the hardly processed materials]. Tekhnologiya metallov. 2011. No. 9. P. 36—41.Кремнев Л.С., Синопальников В.А. Изменение структуры и свойств в режущей части инструмента из быстрорежущих сталей в процессе непрерывного точения // Вестн. машиностроения. 1974. No. 5. С. 63—67.Kremnev L.S., Sinopal’nikov V.A. Izmenenie struktury i svoistv v rezhushchei chasti instrumenta iz bystrorezhushchikh stalei v protsesse nepreryvnogo tocheniya [Changes in the structure and properties of the cutting tool from high-speed steels during continuous turning]. Vestnik mashinostroeniya. 1974. No. 5. P. 63—67.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.