розділ 2.3.1.). Як
показали експериментальні випробування найбільші значення твердості мають
покриття (Cr,Ti)N і (Al,Cr)N (рис. 5.33).
Для оцінки захисних властивостей покриття керамічних пластинах в умовах
експлуатації, коли діють такі фактори, як сили різання і температура, а також
можлива дифузійна взаємодія оброблюваного матеріалу і інструментальної основи,
проведені дослідження різанням інструменту з нітридної кераміки силиніту-Р з
покриттями.
Рис. 5.33. Порівняльні значення мікротвердості різальної кераміки без покриття
та з вакуум-плазмовими одно - і двошаровими покриттями.
Для визначення зносостійкості поверхонь різального інструменту використовували
пластини з силиніту-Р без покриття та з суцільними і дискретними покриттями при
точінні сталі ШХ15 (HRC 62-64) на токарно-гвинторізному верстаті 16К20. При
цьому порівнювали зносостійкість пластин без покриття і пластин із суцільними
покриттями товщиною h (2, 8 і 10 мкм), також пластини з покриттям дискретного
типу товщиною h = 8 мкм з щільністю ш = 58% [360-362]. Критерієм зношування
вибрано величину зносу по головній задній поверхні різального інструменту h3 =
0,4 мм.
Як показали експериментальні дослідження, пластини з покриттям дискретного типу
мають значно меншу величину зношування порівняно з пластинами із суцільними
покриттями (рис. 5.34).
а) б) в)
Рис. 5. 34. Вид зносу по головній задній поверхні (а), різальній кромці (б) та
допоміжній задній поверхні (в) пластини силініта-Р при обробці сталі ШХ15:
V – 1,0 м/с;
s - 0,1 мм/об;
t - 0,25 мм.
Режими обробки сталі ШХ15 варіювали в межах: швидкість різання V – 0,83...2,16
м/с, подача s – 0,1...0,25 мм/об і глибина різання t – 0,1...0,25 мм. В процесі
випробувань пластин з покриттями встановлено, що покриття TiN суцільного типу,
забезпечує збільшення зносостійкості інструменту в 1,7 рази, а дискретного - в
2,2 рази порівняно з інструментом без покриття.
Так, наприклад, для пластин без покриття збільшення величини зношування на 0,2
мм відбувається за 8 хвилин точіння, в той час як для інструменту з покриттями
дискретної структури - за 45 хвилин (рис.5.35). На рис. 5.36 наведено
залежність стійкості різальних пластин з силініту Р при
точінні сталі ШХ15 від щільності покриття TiN:
Рис. 5.35. Залежності величини зносу від часу роботи при точінні сталі ШХ15
пластинами силиніту – Р:
1 – без покриття;
2 – з покриттям TiN товщиною 8 мкм суцільного типу;
3 – з покриттям TiN товщиною 8 мкм дискретного типу.
Рис.5.36. Залежність стійкості різальних пластин з силініту-Р при точінні сталі
ШХ15від щільності покриття TiN: Режими різання:
V – 1,65 м/c;
s – 0,04 мм/об;
t – 0,25 мм.
Як показав аналіз проведених експериментальних досліджень у твердосплавних
пластини з покриттями TiN з суцільними покриттями спостерігається неоднозначна
картина зношування, суцільне покриття недостатньо протидіє високим питомим
тискам внаслідок крихкості, що призводить до його руйнування в зоні контактних
площадок інструменту. При точінні сталі ШХ15 пластиною без покриття площа зони
зношування приблизно в два рази більша площі зношування керамічної пластини з
покриттями.
Як показали порівняльні випробування зносостійкості керамічних різців з різними
покриттями на режимах різання (V – 2,16 м/с; S - 0,15 мм/об; t - 0,25 мм)
високі значення зношування мають покриття (Cr,Ti)N+TiN (рис.5.37). Необхідно
відзначити, що пластина з багатокомпонентним, багатошаровим покриттям
(Cr,Ti)N+TiN (дискретного типу) з високою твердістю в кожнім шарі не має
зв’язуючої перехідної зони між шарами, яка вирівнює коефіцієнти температурного
розширення двох покриттів, і тому "конструкція" стає нестійкою в умовах високих
контактних тисків і навантажень.
Рис.5.37. Порівняльні значення стійкості при різанні сталі ШХ15 інструментом з
силиніта–Р без покриття (1)та з покриттями суцільного (а) та дискретного типу
(б):
2 – з покриттям TiN;
3 – з покриттям Cr+TiN;
4 – з покриттям (Al,Cr)N;
5 – з покриттям (Cr,Ti)N;
6 – з покриттям CrN+(Cr,Zr)N.
Слід також зазначити високу працездатність інструмента з покриттями дискретного
типу (Al,Cr)N і CrN+(Cr,Zr)N. Незважаючи на те, що величини зносу дискретних і
суцільних покриттів близькі, зі збільшенням часу різання зношування
інструментів із суцільними покриттями проходить інтенсивніше.
Як показали проведені експериментальні дослідження, найбільш ефективними
покриттями при обробці сталі ШХ15 є одношарові покриття (Al,Cr)N і TiN
дискретного типу.
При обробці сталей ШХ15 спостерігається вища працездатність різальних пластин
Силініту-Р з покриттями дискретного типу порівняно з суцільними незалежно від
багатошаровості і хімічного складу. Використання покриття дискретного типу
дозволяють підвищити швидкість різання з 1,0 м/с до 2,0 м/с.
З аналізу проведених експериментальних досліджень можна зробити висновок:
- розроблені зносостійкі покриття на різальній нітридній кераміці виконують при
обробці сталей бар’єрні функції для адгезійної взаємодії інструментального
матеріалу з оброблюваним матеріалом;
- використання зносостійких покриттів на різальній нітридній кераміці показало
їх ефективність і дозволило інтенсифікувати режими обробки загартованої сталі
ШХ15;
- керамічні пластини з покриттями дискретної структури мають більш високу
зносостійкість порівняно з керамічним інструментом з суцільними покриттями при
обробці легованих сталей. Ця тенденція зберігається при різних режимах різання,
що дозволяє підвищити зносостійкість інструмента в 1,6-2,0 рази при точінні
легованих термооброблених сталей.
Дослідження експлуатаційних характеристик інструментальних матеріалів з
покриттями показали, що вони можуть бути застосовані при значно вищих режимах
різа