ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Нанесение покрытий на рабочие поверхности режущих инструментов из "Справочник инструментальщика " Этот метод модификации поверхности получил наибольшее промышленное распространение. Например, более 80 % твердосплавных пластин в мире выпускается с различными износостойкими покрытиями. [c.89] Методы VD и PVD существенно различаются по температурам (( ) и давлениям (р), при которых они реализуются, по составам наносимых покрытий, а также по областям применения (рис. 3.3). [c.90] Методами химического осаждения покрытий получают соединения на основе нитридов, карбидов, карбонитридов и боридов тугоплавких металлов - AljOj, TiN, Ti , ZrN, Ti N и др. Основные характеристики некоторых соединений представлены в табл. 3.1. [c.90] В общем случае процессы VD основаны на протекании гетерогенных химических реакций в парогазовой среде, окружающей инструмент, в результате которых образуется износостойкое покрытие (рис. 3.4). Осаждение покрытий происходит в специальной печи в присутствии водорода в результате взаимодействия газообразных галогенидов типа Ti U, AI I3 с составляющими смесей - азотом при осаждении нитридов тугоплавких металлов, метаном при осаждении карбонитридов и углекислым газом при осаждении оксидов. [c.91] При нанесении покрытий на основе карбидов и карбонитридов на твердосплавный инструмент методом HT- VD, наблюдается диффузия кобальта (отчасти и вольфрама) из твердого сплава в покрытие. В результате этого на границе раздела покрытие - твердый сплав формируется хрупкая т1-фаза (We oe , Wa oe ), толщина которой может достигать 4 мкм. Формирование т]-фазы существенно повышает склонность твердосплавного инструмента к хрупкому разрушению в процессе резания. Поэтому для твердых сплавов, эксплуатирующихся при фрезеровании в условиях действия циклических нагрузок, а также при обработке труднообрабатываемых сплавов, например на основе никеля, используется метод MT- VD. Этот метод реализуется при температурах 780...850 °С, при этом формирование хрупкой т1-фазы не происходит. [c.92] Температуры, при которых формируются покрытия HT- VD- и MT- VD-методами превышают 750 °С, что исключает возможность нанесения покрытий на инструменты из быстрорежущих сталей. Для устранения этого ограничения большее применение находят методы - РА VD, активируемые, например, плазмой тлеющего разряда. Эти методы реализуются при температурах 550...650 °С и могут использоваться как для инструментов из быстрорежущих сталей, так и для твердых сплавов. [c.92] Все VD-методы обеспечивают равномерное нанесение покрытий на рабочие поверхности инструмента и обладают достаточно высокой производительностью, что делает их особенно привлекательными для массового производства. Средняя скорость роста толщины покрытия составляет 5... 8 мкм/ч. [c.93] Серьезным недостатком методов VD является взрывоопасность и токсичность используемых реагентов. Поэтому были разработаны различные технологические решения, позволяющие осуществлять осаждение покрытий без подачи водорода в муфель. [c.93] Важной и достаточно противоречивой характеристикой является толщина покрытия. С одной стороны, ее рост благоприятно сказывается на повышении износостойкости контактных площадок инструмента, с другой, - приводит к заметному увеличению количества дефектов в покрытии, снижению прочности сцепления покрытия с инструментальным материалом и уменьшению способности покрытия сопротивляться хрупкому разрушению. Поэтому при нанесении покрытий на инструменты, эксплуатирующихся в условиях прерывистого резания, например, при фрезеровании, толщина покрытия, как правило, не превышает 6...7 мкм, в то время как гфи точении этот показатель может иногда достигать 15 мкм. [c.93] В табл. 3.2 представлены рекомендации по выбору составов и толщин износостойких покрытий в зависимости от вида резания и типа обрабатываемого материала. [c.93] К - коэффициент увеличения стойкости (отношение средних значений стойкости инструмента с покрытием и без покрытия). [c.94] Методы PVD универсальны с точки зрения получения гаммы моно-слойных, многослойных и композиционных покрытий на основе нитридов, карбидов, карбонитридов, оксидов, боридов тугоплавких металлов IV-VI групп Периодической системы химических элементов и позволяют реализовывать процессы нанесения при температурах 500...600 °С, что обеспечивает возможность их применения для инструментальных сталей и твердых сплавов. [c.95] При обработке на повышенных скоростях резания, PVD-покрытия имеют некоторое преимущество перед VD-покрытиями. Это связано с тем, что по мере повышения скорости резания, и, как следствие, температуры в зоне обработки, PVD-покрытия значительно меньше теряют в твердости. [c.95] В промышленности наибольшее распространение получили покрытия TiN, (Ti,Al)N, Ti N, (Ti, r)N и некоторые другие (табл. 3.3). [c.95] Покрытие TiN - является первым покрытием, получившим широкое промышленное применение. Этому способствовали относительно простая технология его получения, невысокая стоимость исходных материалов (титан почти на порядок дешевле остальных тугоплавких металлов, азот - наиболее доступный, дешевый и безопасный по сравнению с другими реакционными газами) и, самое главное, - высокие служебные характеристики. Нитрид титана обладает твердостью до 25 HV, химической пассивностью по отношению ко многим обрабатываемым материалам. [c.96] Применение покрытий TiN позволяет существенно увеличить стойкость различных видов режущего инструмента, особенно это проявляется при повышении скорости резания. На рис. 3.5 показано влияние покрытия TiN на стойкость спиральных сверл при обработке конструкционной стали. [c.96] Покрытие Ti N обладает более высокой твердостью и низким коэффициентом трения по сравнению с нитридом титана. В то же время это покрытие является хрупким. В зависимости от процентного соотношения реакционных газов в рабочем объеме (азот + углеродосодержащее соединение) в процессе формирования покрытия удается получать составы с изменяемыми свойствами. Это покрытие часто наносится с увеличением доли углерода от сердцевины к поверхности. [c.97] Вернуться к основной статье