Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса. Цель и задачи исследования 8
1.1 Совершенствование технологии производства твердосплавных изделий 8
1.2 Механические методы упрочнения поверхности твердосплавного режущего инструмента 14
1.3 Термические методы упрочнения режущего инструмента 16
1.4 Упрочнение инструмента методами нанесения покрытий 22
1.5 Актуальность проблемы упрочнения твердосплавного режущего инструмента. Цель и задачи исследования 38
Глава 2. Методы исследования физико-механических свойств твердых сплавов и вакуумных ионно-плазменных покрытий 40
2.1 Методы определения и расчета механических свойств твердых сплавов „40
2.2 Методы определения и расчёта механических свойств плазменных по крытий 44
2.3 Методы изучения структуры твердых сплавов и плазменных покрытий 49
2.4 Разработка технологической оснастки для установки ННВ-6.6-И1 57
2.5 Выводы по второй главе 60
Глава 3. Информационное обеспечение. теоретическое решение проблемы 62
3.1 Повышение эффективности плазменных покрытий на твердосплавном режущем инструменте 62
3.2 Методы повышения физико-механических свойств покрытий 65
3.3 Структурное упрочнение покрытий 74
3.4 Выводы по третьей главе 97
Глава 4. Экпериментальше исследование технологических процессов нанесения покрытий 99
4.1 Подготовка поверхности твердосплавных пластин для нанесения покрытий с повышением механических свойств твердых сплавов 99
4.2 Нанесение ионно-плазменных покрытий 109
4.3 Оптимизация технологического процесса нанесения ионно-плазменных покрытий 116
4.4 Физико-механические свойства ионно-плазменных покрытий '. 129
4.5 Влияние термоциклического нагрева на свойства упрочненных твердых сплавов 138
4.6 Влияние температуры нагрева на окисляемость инструментальных материалов с покрытиями 139
4.8 Выводы по четвертой главе 146
Список использованных источников 150
Приложения
- Механические методы упрочнения поверхности твердосплавного режущего инструмента
- Методы определения и расчёта механических свойств плазменных по крытий
- Методы повышения физико-механических свойств покрытий
- Нанесение ионно-плазменных покрытий
Введение к работе
Широкое применение новых конструкционных материалов с повышенными эксплуатационными свойствами, такими как жаростойкость, жаропропрочность, коррозионная стойкость зачастую сдерживается их низкой обрабатываемостью, поэтому важной научно-практической задачей является повышение работоспособности металлообрабатывающего инструмента.
В настоящее время существует более сорока методов повышения стойкости металлорежущего инструмента. К числу наиболее изученных относятся алмазная (эльборовая) обработка, нанесение различными методами износостойких плёнок. Несмотря на очевидные преимущества методов упрочнения инструмента, широкое внедрение их в производство связано с рядом затруднений, которые объясняются большим количеством новых инструментальных и конструкционных материалов. Эффективная металлообработка связана с изучением механизма взаимодействия инструмента с обрабатываемым изделием и во многих случаях определяется износостойкостью рабочих поверхностей.
Применение традиционных методов повышения свойств металлообрабатывающего инструмента за счёт сложного легирования инструментальных материалов в большой степени ограничено дефицитностью ряда легирующих элементов. Методы термической, химико-термической, обработки для повышения свойств инструмента практически исчерпаны и не могут кардинально повысить их свойства, хотя совмещение этих методов с другими может значительно повысить стойкость режущего инструмента.
Режущие свойства инструмента определяются сложным комплексом взаимосвязанных факторов: химического состава, структурой, кристаллическим строением, степенью дефектности кристаллической решётки, которые определяют физико-механические свойства инструмента: твёрдость, микротвёрдость, прочность, теплостойкость, теплопроводность, ударную вязкость, стойкость против окисления при повышенных температурах,
5
коррозионную стойкость. Различное сочетание физико-механических свойств
инструментальных материалов определяет работоспособность
металлообрабатывающего инструмента.
Одним из наиболее эффективных путей повышения свойств металлообрабатывающего инструмента является нанесение на рабочие поверхности износостойких покрытий по технологии вакуумной ионио-плазменной конденсации на основе нитридов, карбидов и карбонитридов тугоплавких металлов, которая даёт возможность наносить покрытия различного состава на инструмент из быстрорежущих сталей и твёрдые сплавы.
Физико-механические и теплофизические свойства плазменных покрытий могут в значительной степени отличаться от соответствующих свойств инструментального материала. Покрытия оказывают влияние на контактные процессы в зоне резания, деформации, силы и температуры резания, направленности тепловых потоков, напряжённого состояния режущей части инструмента и на- ряд других параметров системы «инструмент -обрабатываемый материал».
Диапазон применимости режущего инструмента с покрытиями является решающим экономическим фактором, особенно для часто переналаживаемого производства. Уменьшение запасов инструмента и высокая стойкость окупают более высокую стоимость инструмента с покрытиями. Возможность повышения скоростей резания и снижение времени обработки, которые появляются при использовании новых инструментальных материалов, позволяют при тех же объёмах производства значительно сократить требующиеся площади и производственный персонал.
Механизм износа инструмента различен и зависит от условий его работы. Твердосплавные инструменты с покрытием, работающие на скоростях резания 50 - 100 м/мин, изнашиваются в результате адгезионных процессов. На скоростях резания 100 - 150 м/мин эффективность покрытий резко снижается из-за склонности к коррозионному растрескиванию и глубинной коррозии с образованием поверхностных очагов окисления. Работоспособность
инструмента с покрытием резко возрастает при скоростях резания более 150 м/мин, когда покрытие повышает сопротивляемость твердосплавной матрицы диффузионному растворению в обрабатываемом материале и износ происходит в результате пластического деформирования режущего клина инструмента с последующим растрескиванием и отслоением покрытия.
Для создания высокоэффективного инструмента с высокой износостойкостью в сочетании с достаточной прочностью и вязкостью недостаточно обрабатывать инструмент одним способом. Нанесение плазменных покрытий на инструментальные материалы позволяет значительно повысить износостойкость, но при этом данный метод не позволяет кардинально повысить прочность твердосплавной основы. Поэтому необходимо разрабатывать новые методы повышения физико-механических свойств твердых сплавов перед нанесением покрытий.
Методами, которые могут значительно повысить прочность твердого сплава, могут быть термическая или химико-термическая обработка.
Применение технологии ионно-плазменного нанесения покрытий особенно сложного состава и широкое внедрение в инструментальное производство сдерживается рядом факторов. Недостаточная эффективность из-за нестабильности механических характеристик износостойких покрытий, связанных с неоптимальными технологическими параметрами их осаждения, недостаточной прочности сцепления покрытий и поверхностью инструмента, с низкой прочностью и износостойкостью покрытий. Не достаточно изучены вопросы о влиянии параметров конденсации покрытий на их структуру и свойства, физические процессы, происходящие при конденсации из плазменного потока тугоплавких металлов. Эффективность от применения плазменных покрытий недостаточна из-за отсутствия достаточно полных данных для создания научно-обоснованной разработки составов покрытий и технологических параметров их нанесения.
Накопление и развитие экспериментальных исследований физических процессов формирования структуры и' свойств износостойких ионно-
7 плазменных покрытий, изучение механизмов упрочнения инструмента покрытиями разного состава, взаимосвязи структурных и механических свойств плазменных покрытий с закономерностями износа режущего инструмента даёт возможность развития теоретических основ упрочнения, общей методологии создания составов покрытий и способов их конденсации, обоснованном выборе состава покрытий при обработке различных материалов и прогнозирования физико-механических свойств плазменных покрытий.
Целью работы является повышение надежности металлорежущего инструмента из твердых сплавов вольфрамокобальтовой группы методами нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий сложного состава и оптимизация технологии нанесения многослойно-композиционных покрытий. Для достижения этой цели поставлены следующие задачи: 1. Разработать новые методы подготовки поверхности под напыление с одновременным улучшением физико-механических свойств твердых сплавов;
2 Оптимизация технологических параметров нанесения многослойных
ионно-плазменных покрытий сложного состава;
3 Исследование физико-механических свойств ионно-плазменных
покрытий различных составов;
4. Работоспособность упрочненных твёрдых сплавов с покрытиями при точении различных материалов.
Новым в работе является: разработанный метод подготовки поверхности твердых сплавов перед нанесением покрытий, заключающийся в термоциклической обработке; оптимизированы режимы напыления последних слоев при создании многослойных покрытий.
Механические методы упрочнения поверхности твердосплавного режущего инструмента
Наряду с совершенствованием технологии производства наиболее интересным представляется второе направление - улучшение эксплуатационных свойств режущего инструмента методами, применяемыми после спекания. Для упрочнения поверхности металлообрабатывающего инструмента находят применение вибрационная, дробеструйная, термовибрационная обработки. К механическим методам обработки можно отнести притирку, хонингование, полирование, обдувку абразивами в паровой или жидкой средах, электрополирование [6].
При использовании отмеченных методов происходит уменьшение шероховатости поверхности с одновременной пластической деформацией, наклёпом и формированием сжимающих напряжений, что приводит к увеличению сопротивления истиранию и повышению износостойкости. Широко используется алмазная и эльборовая обработка инструмента.
При алмазном шлифовании лучшая режущая способность алмазных зерен обеспечивает меньшие усилия и соответственно более низкие температуры в зоне контакта круга со сплавом, которые существенно зависят от характеристики алмазного круга и режимов шлифования. Без сомнения для каждого вида шлифования должны быть свои закономерности в изменении прочности твердых сплавов в зависимости от режимов обработки и характеристики инструмента. Алмазное шлифование повышает предел прочности при изгибе примерно на 30 % по сравнению с прочностью сплава в исходном состоянии, к примеру для ВК8 напряжение изгиба повышается с 1870 МПадо2000МПа[12].
Подробное исследование напряжений показывает, что алмазная обработка изменяет напряженное состояние поверхностного слоя. Если в исходном состоянии после спекания твердых сплавов имеют место, как правило, напряжения растяжения, то после алмазной обработки возникают большие остаточные напряжения сжатия, которые на самой поверхности могут достигать 3000 МПа и более. Появление остаточных напряжений в поверхностном слое твердосплавных пластин при шлифовании обусловлено совместным действием механического и термического факторов. Вопросы, связанные с напряженным состоянием поверхности твердых сплавов, требуют дальнейшего глубинного изучения, однако уже имеющиеся данные позволяют сделать весьма важные выводы.
Снятие поверхностного слоя твердых сплавов обязательно изменяет напряженное состояние приповерхностных слоев, каким бы мягким ни был режим обработки. Поэтому изменяются также прочностные характеристики твердых сплавов, подвергнутых алмазной обработке. Напряжения растяжения на не шлифованной поверхности твердых сплавов обусловлены разностью коэффициентов линейного расширения фаз: карбида вольфрама и твердого раствора карбида вольфрама в кобальте. Алмазное шлифование изменяет внутризернистую структуру поверхностного слоя, приводя к изменению знака напряжений. Величина и распределение остаточных напряжений при алмазном шлифовании зависят от характеристики кругов и режимов шлифования.
В работе [13] проанализированы проблемы шлифования и заточки режущих инструментов из твердого сплава и кермета, обусловленные сильным нагревом этих инструментов, что может в дальнейшем привести их к преждевременному разрушению в процессе резания. Приведены результаты соответствующих экспериментальных исследований, иллюстрирующих влияние температуры в зоне шлифования. Проанализировано влияние материала режущего инструмента на температуру в контактной зоне, а также влияние зернистости материала шлифуемого инструмента. Изложена задача оптимизации характеристики шлифовального круга и показаны возможные решения этой задачи, позволяющие снизить температуру в контактной зоне.
При анализе мероприятий по применению алмазов при обработке твердых сплавов следует учитывать, что наряду с повышением производительности обработки, улучшении эксплуатационных характеристик твердосплавных изделий и так далее алмазная обработка недостаточно эффективна, так как коэффициент стойкости при этом повышается незначительно.
При появлении первых твердых сплавов WC-Co к ним пытались применять те же методы термической обработки, что и для сталей. Для сплавов с низким содержанием связки эти попытки оказались безрезультатными. Первые положительные результаты получили Давиль и Шретер при закалке сплавов на основе TiC-WC - сталь, позже Хайссом и Киффером применительно к спеченным легированных сталям с добавками сложных карбидов TiC-WC, TiC-Mo2C, VC-WC и температурой закалки от 1100 до 1350 С в масло [6].
Возможность термической обработки сплавов WC-Co рассмотрена в монографии В.И.Третьякова. Воздействие на . состав и свойства цементирующей кобальтовой фазы можно путем изменения не только содержания углерода в сплаве, но и скорости охлаждения после спекания или термической обработки уже спечённых изделий [11].
По патенту ГДР 223731 твердосплавный инструмент на основе WC в течение 20 мин. при температуре от 500 С до 560 С, выдерживают в газовой атмосфере, образующейся в результате разложения расплава нитрата щелочного металла, затем вынимают и медленно охлаждают на воздухе при комнатной температуре. Основными реагентами являются NO, NCV Предложенный способ исключает применение вакуума и высокоточных веществ.
В 1946г. А.Н. Зеликман и др. указали на возможность термической обработки сплавов WC-Co, обнаружив явление старения твердых растворов WC в Со. Однако до настоящего времени одни авторы указывают, что термообработка увеличивает ошг, снижает а„, другие отмечают увеличение атг без изменения ан. Поэтому процесс термообработки спеченных твердых сплавов в промышленном производстве не может быть рекомендовано в настоящее время в полном объёме без экспериментальных проверок.
Исследования, направленные на установление зависимости прочностных характеристик от фазового состава, позволяют придти к выводу о том, что наибольшего эффекта в упрочнении можно добиться путем воздействия на связующую фазу. Последняя представляет собой неоднородный твердый раствор тугоплавких металлов и углерода в кобальте, причем концентрация этого раствора в значительной степени зависит от условий изготовления твердого сплава. Наиболее эффективным методом такого воздействия является термическая обработка. Эксплуатационную стойкость неперетачиваемых твердосплавных режущих пластин Т15К6 можно повысить путём термической обработки в газовой среде, искусственно создавая на их поверхности слой с более высокой износостойкостью, чем в основной части, а также уменьшив
Методы определения и расчёта механических свойств плазменных по крытий
Осаждение покрытий проводилось на трёхкатодноЙ плазменной установке НЫВ-6.6-И1. Отбор многогранных пластин твёрдых сплавов ВК8, Т5К10 для нанесения плазменных покрытий включал визуальный осмотр на отсутствие сколов, трещин, выкрашивания, пор, в случае необходимости использовался стереомикроскоп МБС-2. Точение твердосплавными резцами с износостойкими покрытиями производили на токарном станке 16К20. Обрабатывался материал при токарной обработке заготовок из сталей 45, 40Х и чугуна СЧ30.
Интенсивное развитие многослойных и композиционных защитных покрытий, в которых каждый из слоев или композиция имеет одну или несколько специфических функциональных особенностей выдвигает в число актуальных задач разработку методов диагностики и контроля над процессами, проходящими в покрытиях.
Для измерения твердости покрытий па твердых сплавах использовался электронно-механический метод на приборе "SONODUR" - Model 100-1 (США), который приравнен к статическому методу измерения твёрдости внедрением индентора по методам Роквелла, Виккерса или Бринеля, но и по своим функциональным возможностям, используемый is работе прибор, не сравним с другими методами измерения твёрдости. Использовалась алмазная призма Виккерса, которая колеблется с резонансной часютой 38 КГц .и обеспечивает нагрузку на индентор 585 г, при этом возникает микроскопически малый отпечаток. В зависимости от значения твёрдости испытываемого материала изменяется резонансная частота при внедрении алмазной пирамиды. Изменение частоты находится в непосредственной зависимости от величины площади отпечатка. Шкала регистрирующего прибора соответствует эквиваленту твёрдости по Роквеллу и позволяет регистрировать твёрдость в диапазоне 20 -70 HRC с точностью ±1 %.
При определении твёрдости необходимо провести статистическую обработку с целью получения данных с достаточно высокой степенью надежности. Необходимое количество измерений для получения результатов с достаточно высокой точностью и надежностью рассчитывается по выражению;
Учитывая, что надежность измерений Р = tp{t), по таблицам, приведенным в справочной литературе [63, 64], при точности определения твёрдости s = 0,2 с надежностью Р = 0,99, количество измерений n = 10. Предварительно рассчитывается средняя квадратичная ошибка измерений при неизвестной дисперсии g" значения определяемой величины и при нормальном распределении систематических ошибок (закон Гаусса).
Вместо средней квадратичной ошибки использовался эмпирический стандарт, который рассчитывался по выражению:
Вакуумные ионно-плазменные покрытая, особенно сложного состава имеют гетерофазную структуру, поэтому информация о структурном состоянии покрытий имеет большое практическое значение. Для этих целей использовался метод измерения микротвёрдости с последующим построением кривых статистического распределения в заданном интервале значений. Основываясь на особенностях измерений микротвёрдости интервал значений принимался равным 20 ед. Нр при этом проводилось 100 измерений с одного образца. Нагрузки на алмазный индентор микротвердомера ПМТ-3 выбирались в зависимости от структурного состояния и диапазона микротвёрдости покрытий.
При разработке технологических процессов нанесения плазменных покрытий большое значение имеет контроль толщины. Для этих целей используются различные методы неразрушающего контроля, основанные на различных физических процессах [65, 66, 67, 68, 69].
В работе для измерения толщины покрытии использовался толщиметр "MICRODERM МР-700" (США), работающий по принципу обратного бета -рассеяния с управлением от микропроцессора и обеспечивает измерение толщины покрытия любого состава на любої і подложке с диапазоном от 0,1 до 20 мкм. МР-700 имеет встроенный буквенно-цифровой анализатор, что позволяет управлять функциональными параметрами, буквенно-цифровое печатающее устройство обеспечивает постоянную регистрацию всех данных измерений при их статистической обработке п с возможностью построения частотограмм. Прибор работает в режимах автоматической проверки стандартизации, коррекции состава и плотности покрытий.
Статистическая обработка проводилась в системе "MICRODERM" с вычислением среднего арифметического значения и стандартного отклонения по формуле: С расчетом процентной погрешности при условии нормального распределения (закон Гаусса) стандартного отклонения. Процентная погрешность рассчитывалась по выражению (2s/x) 100 %. Например, если среднее значение толщины покрытия 4 мкм, то при погрешности 2,2 %, то 95 % измерений попадут в диапазон 3,9 - 4,1 мкм. В толщиметре МР-700 при калибровке используются счётчики Гейгера-Мюллера, которые регистрируют обратное бета - излучение от эталонною набора сталей с покрытиями известной толщины, в качестве источников используется прометий (Рт 145) с максимальной активностью 75 микрокюри, піллип (ТІ 204)- 100 микрокюри.
При измерении толщины покрытий, із случае, когда не требовались результаты высокой точности, но возникала необходимость экс пресс ности, использовалась оптическая система микротнердомера ПМТ-3 при увеличении 475 крат. После тарировки цены деления объект-микрометра цена одного деления равна 0,312 мкм. Анализ проводился по перпендикулярным срезам образцов с покрытиями.
Учитывая, что любой механический метод получения срезов образцов с покрытиями приведёт к неизбежным структурным искажениям, в работе использовалась электроэрозионная резка на установке «Ажитрон EMS3.30»,
Методы повышения физико-механических свойств покрытий
Технология вакуумной ионно-плазменной конденсации покрытий является универсальным методом, позволяющий наносить покрытия па твёрдые сплавы, при этом технологические возможности плазменных установок позволяют конденсировать износостойкие покрытия сложного состава.
Покрытие в вакууме получают осаждением и конденсацией напыляемого материала на поверхность изделия, для чего материал покрытия испаряют или подвергают распылению [92]. Испарение, перенос атомов и ионов зависят от степени вакуума в камере, где проводится напыление. В низком вакууме, когда X - длина свободного пробега иона меньше L - расстояния от подложки до испарителя, ион много раз сталкивается с молекулами остаточного или реакционного газа, поток ионов хаотичен, происходит его перемешивание, что позволяет получать покрытия равномерные по толщине, а в случае раздельного испарения различных материалов смешивать их потоки.
В высоком вакууме, где X » L ионы двигаются к подложке без столкновения, а форма и толщина покрытия определяется формой и плотностью потока испарённых и ионизированных атомов.
Из кинетической теории газов следует: Согласно закону Кнудсена, количество осаждённого вещества обратно пропорционально квадрату расстояния от испарителя до поверхности осаждения. В высоком вакууме, где X » L и столкновениями ионов можно пренебречь, скорость испарения определяется соотношением Ленгмюра:где m - масса испарённого вещества в единицу времени;
М - молекулярная масса.Общий интерес представляет получение много композиционных покрытий, в связи, с чем необходимо указать два основных способа -раздельное испарение компонентов и смешивание паровых потоков осаждаемых элементов.
Ионы и атомы испарённого материала, попадая на подложку, вступают во взаимодействие с атомами вещества подложки [93]. Возможны следующие варианты поведения испарённых ионов и атомов. Поскольку метод КИБ это осаждение с ионной бомбардировкой, то существуют ионы с высокой энергией, проникающие вглубь материала подложки. Второе: атомы или ионы адсорбируются на поверхности вещества. Третье: атомы или ионы мгновенно отражаются от поверхности вещества. Четвёртое: атомы или ионы некоторое время находятся на поверхности вещества, а затем покидают её. Последнее особенно характерно для метода КИБ и можно предположить, что удаляются именно те адсорбированные атомы, которые имеют наиболее слабое взаимодействие с подложкой, что несомненно улучшает свойства покрытия.
Вероятность того, что атом образует покрытие, характеризуется коэффициентом конденсации ак, который представляет собой отношение количества атомов осаждённых на поверхность к общему количеству падающих на подложку атомов. Обмен энергией падающих на подложку атомов и поверхностью определяется коэффициентом термической аккомодации:
Коэффициент термической аккомодации имеет три составляющие -коэффициент аккомодации поступательной, вращательной и колебательной энергии.
Из сконденсированных атомов на поверхности возникают микроскопические центры новой фазы, которые разрастаются до тех пор, пока не заполнят всю поверхность и не сольются в сплошной слой - покрытие. Зародыши новой фазы образуются в поле сил поверхности подложки, что определяет процесс их образования и является гетерогенным. Гетерогенное зародышеобразование - процесс, определяющий структуру будущего покрытия.
Скопление атомов возникает в потенциальных энергетических ямах поверхности, располагаясь на расстояниях, кратных межатомным. Между атомами в скоплении начинают действовать силы межатомной связи, которые стремятся сблизить эти атомы в положения, определяемые их плотной упаковкой в соответствующей кристаллической решётке. Однако взаимодействие адсорбированных атомов с атомами поверхности основы приводит к появлению сил, направленных в противоположную сторону и стремящихся растянуть скопление. Источником этих сил является то, что минимум свободной энергии поверхности раздела «скопление - основа», наблюдается тогда, когда адсорбированные атомы точно располагаются в потенциальных ямах и взаимодействие между ними минимальное; Поэтому, появление скопления атомов, должно происходить на чистой поверхности без окислов и как можно низкой шероховатостью, что в свою очередь способствует образованию прочной химической связи материала детали и материала покрытия. Представим что, частица новой фазы, возникающая из скопления, для которой работа образования максимальна, является критическим зародышем. Равновесие это не устойчиво, т. к. увеличение размеров зародыша приводит к его дальнейшему росту, а уменьшение - к распаду. Обычно предполагают, что образование зародыша имеет некоторую равновесную форму, например куполообразную, характеризующуюся равновесным контактным углом, рис. 3.2.
Нанесение ионно-плазменных покрытий
В качестве режущих инструментов, на поверхность которых наносились вакуумные ионно-плазменные покрытия использовались твёрдые сплавы различного назначения из материала ВК8, Т5К10, и термообработанные по режиму указанному выше, при этом достигается не только повышение механических характеристик, но и повышение адгезионной связи из-за более низкой шероховатости, чем в состоянии поставки. Осаждение покрытий проводилось на трёхкатодноЙ плазменной установке ННВ-6.6-И1.
В приложении В приводится методика подготовки твёрдых сплавов к нанесению ионно-плазменных покрытий, технология конденсации композиционных покрытий и многослойных покрытий с рабочим слоем сложного состава.
Установка ННВ-6.6-И1 имеет широкие возможности получения покрытий различного состава и типа за счет трехиспарительной схемы, систем пирометрического контроля температуры, электромагнитных стабилизаторов процесса дугового разряда и формирования плазменного потока, систем контроля и управления технологическим процессом.
Проведены опыты по влиянию температуры ионной бомбардировки на стойкость твердых сплавов. На рис. 4.7, 4.8 представлены данные по влиянию температуры ионной бомбардировки на стойкость Тср твердых сплавов ВК8, Т5К10 с покрытием из карбонитрида титана толщиной 5 мкм и коэффициенты вариации стойкости при продольном точении стали 45 (НВ 200). Режимы резания V = 150 м/мин, S = 0,45 мм/об, t = 2,0 мм.
Результаты, представленные на рис, 4.7 и 4.8, позволяют отметить заметное влияние температуры ионной бомбардировки на стойкость Тср инструмента и коэффициента вариаций стойкости. При температуре 800 "С ионная бомбардировка оказывает наиболее благоприятное влияние на субструктуру поверхности твердого сплава, что способствует еетермомеханической активации и прочному удержанию покрытия на такой поверхности, поэтому в дальнейшем нагрев твердых сплавов проводили до температуры 750 - 800 С.
При низких температурах наблюдается тенденция полного отслаивания покрытия, при этом стойкость твердосплавных пластин увеличивается весьма незначительно, коэффициент вариации стойкости почти не изменяется. При температуре выше оптимальной (900 - 1200 С) имеется тенденция разупрочнения твердого сплава.
Выделяют два основных варианта температурного, режима при конденсации, имеющих место при нанесении покрытий по существующей технологии, рис. 4.9. В первом случае (рис. 4.9, б, поз. 1) конденсация покрытия осуществляется при постоянных технологических параметрах процесса и, следовательно, при постоянной интенсивности плазменного снижения температуры. Во втором варианте температура конденсации поддерживается на определенном уровне (рис. 4.9, а, поз. 2) за счет изменения скорости плазменного потока путем периодического изменения технологических параметров (рис. 4.9, б, поз. 2). Недостатком первого варианта является снижение температуры ниже оптимальной, во втором изменении скорости плазменного потока это может привести к изменению выходных параметров покрытия (толщины, механических свойств и т.д.), что может отразиться на режущих свойствах инструмента.
Анализ рассмотренных вариантов позволяет предположить, что оптимальным должен быть режим теплового динамического равновесия, обеспечивающий стабилизацию температуры в процессе конденсации покрытия при постоянных значениях основных технологических параметров процесса (рис. 4.9, поз. 3).
По варианту 1 конденсация проводилась при постоянном напряжении смещения Uc, при этом температура конденсации Тк за счет теплоотвода из пластин снизилась с 700 С до 350 С. По варианту 2 температура конденсации Тк поддерживали на уровне 500 - 50 С путем периодического изменения напряжения смещения Uc от 130 В до 220 В. По варианту 3 (режим ТДР) покрытие наносили при постоянном значении напряжения смещения \JC и установившейся температуре конденсации Тк на уровне 500 С.На рис. 4.10 и 4.11, в качестве примера приведены температурные условия конденсации покрытий Ті - TiN и (Ті, Mo)N на ВК8.
