УПРОЧНЕНИЕ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ЛЕЗВИЙНОГО ИНСТРУМЕНТА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ РЕЗАНИЯ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ И ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ, МНОГОСЛОЙНЫМИ НАНОСТРУКТУРНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

Проведены комплексные исследования физико-механических свойств и адгезионной прочности в системе «покрытие – твердосплавная подложка» монослойных (Ti–Al–N) и многослойных (Ti–Al–N/Cr–N, Ti–Al–N/Zr–N/Cr–N) покрытий. Показано преимущество использования последних, которое связано с переходом от механизма адгезионного разрушения покрытия к когезионному, с повышением параметров H3/E2 и H/E, характеризующих сопротивление материала пластической и упругой деформации соответственно. Введение в состав покрытий Ti–Al–N хрома обеспечивает снижение коэффициента трения (c 0,52 до 0,45) и уменьшение вероятности адгезионного взаимодействия с обрабатываемым материалом. Сравнительные эксплуатационные испытания твердосплавных сменных многогранных пластин (СМП) с исследуемыми покрытиями при непрерывном резании стали 12X18H10Т показали наибольшую износостойкость покрытий Ti–Al–N/Zr–N/Cr–N. Стойкостные испытания СМП из сплавов ВК6НСТ и ТТ10К8Б с покрытиями Ti–Al–N/Zr–N/Cr–N при продольном точении стали 12Х18Н10Т и сплава ВТ20 свидетельствуют об увеличении их стойкости до 3,0–3,5 раз как при низких, так и высоких скоростях резания. Данные покрытия обеспечивают повышение стойкости режущего инструмента и на операциях фрезерования титанового сплава ВТ20 при скорости резания до 40 м/мин.

1. Cheng-Dong Wang, Ming Chen, Qin-Long An, Yi-Hong Zhu. Tool wear performance in face milling Inconel 182 using minimum quantity lubrication with different nozzle positions. Intern. J. Prec. Eng. Manufact. 2013. Vol. 15. No. 3. P. 557—565.

2. Krishnaraj V., Samsudeensadham S., Sindhumathi R., Kuppan P. A study on high speed and milling of titanium alloy. Proc. Eng. 2014. Vol. 97. Р. 251—257.

3. Yin-Yu Chang, Hsing-Ming Lai. Wear behavior and cutting performance of CrAlSiN and TiAlSiN hard coatings on cemented carbide cutting tools for Ti alloys. Surf. Coat. Technol. 2014. Vol. 259. P. 152—158.

4. Volkhonskii A.O., Blinkov I.V. Influence of deposition parameters of the Ti—Al—N/Zr—Nb—N—Cr—N multilayered nanostructured coating obtained by the arc-PVD method on their physicomechanical, tribological, and operational properties. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2012. Vol. 53. P. 259—265.

5. Biksa A., Yamomoto K., Dosbaeva G., Veldhuis S.C., Fox-Rabinovich G.S., Elfizy A., Wagg T., Shuster L.S. Wear behavior of adaptive nano-multilayered AlTiN/MexN PVD coatings during machining of aerospace alloys. Tribology Intern. 2010. Vol. 43. Р. 1491—1499.

6. Harris S.G., Doyle E.D., Vlasveld A.C., Dolder P.J. Dry cutting performance of partially filtered arc deposited titanium aluminium nitride coatings with various metal nitride base coatings. Surf. Coat. Technol. 2001. Vol. 146—147. Р. 305—311.

7. Barshilia H.C., Jain A., Rajam K.S. Structure, hardness and thermal stability of nanolayered TiN/CrN multilayer coatings. Vacuum. 2004. Vol. 72. Р. 241—248.

8. Lewis D.B., Wadsworf I., Munz W.-D., Kuzel Jr.R., Valvoda V. Structure and stress of TiAlN/CrN superlattice coatings as a function of CrN layer thikness. Surf. Coat. Technol. 1999. Vol. 116—119. Р. 284—291.

9. Fox-Rabinovich G.S., Yamamoto K., Veldhuis S.C., Kovalev A.I., Shuster L.S., Ning L. Self-adaptive wear behavior of nano-multilayered TiAlCrN/WN coatings under severe machining conditions. Surf. Coat. Technol. 2006. Vol. 201. Р. 1852—1860.

10. Luo Q., Robinson G., Howarth M., Sim W.-M., Stalley M.R., Leitner H., Ebner R., Caliskanoglu D., Hovsepian P.Eh. Performance of nano-structured multilayer PVD coating TiAlN/VN in dry high speed milling of aerospace aluminium 7010-T7651. Surf. Coat. Technol. 2005. Vol. 200. Р. 123—127.

11. Blinkov I.V., Volkhonskii A.O., Kuznetsov D.V., Skryleva E.A. Investigation of structure and phase formation in multilayer coatings and their thermal stability. J. Alloys Compd. 2014. Vol. 586. P. S381—S386.

12. Anikin V.N., Blinkov I.V., Volkhonskii A.O., Sobolev N.A., Tsareva S.G., Kratokhvil R.V., Frolov A.E. Ion-plasma Ti—Al—N coatings on a cutting hard-alloy tool operating under conditions of constant and alternating-sign loads. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2009. Vol. 50. No. 4. Р. 424—431.

13. Blinkov I.V., Tsareva S.G., Zentseva A.V., Volkhonskii A.O., Buzanov V.I., Stepareva N.N. Structure and phase formation of nanostructural ion—plasma Ti—Cr—Al—N coatings on a ard alloy cutting tool. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2010. Vol.51. No. 6. Р. 483—489.

14. Zhou Yaomin, Asaki Reo, Soe We-Hyo, Yamamoto Ryoichi, Chen Rong, Iwabuchi Akira. Hardness anomaly, plastic deformation work and fretting wear properties of polycrystalline TiN/CrN multilayers. Wear. 1999. Vol. 236. Р. 159—164.

15. Gutkin M.Yu., Ovid’ko I.A. Fizicheskaya mehanika deformiruemyh nanostruktur. T. 1. Nanokristallicheskie materialy [Physical mechanics of deformable nanostructures. Vol. 1. Nanocrystalline materials]. St. Petersburg: Yanus,2003.

16. Leyland A., Matthews A. On the signification of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coatings approach to optimized tribological behavior. Wear. 2000. Vol. 246. P. 1—11.