 |
Монолитный твердосплавный металлорежущий инструмент с многослойным мульти компонентным наноструктурированным покрытием
|
|
|
|
Ответ:
Многослойные композиционные покрытия Новым резервом повышения работоспособности износостойких покрытий стало применение многослойных покрытий. Было обнаружено дальнейшее повышение твердости, трещиностойкости и износостойкости.
В настоящее время разработаны различные технологии нанесения многослойных композиционных покрытий.
Ряд разработанных технологий вакуум-плазменного нанесения многослойных покрытий предусматривают использование перед нанесением твердых покрытий мягких подслоев. Предпочтение в этом плане отдается хрому и молибдену. Наличие таких мягких слоев толщиной до 1,5 мкм повышает адгезию покрытия с подложкой, они являются буфером, где тормозятся трещины, возникающие в основном слое покрытия при резании, и не распространяются в основу. Кроме того, эти слои в ряде случаев залечивают поверхностные трещины, которые формируются при заточке инструмента. Многочисленными исследованиями установлено, что в качестве промежуточного слоя между покрытием и инструментальной матрицей, сглаживающего резкое отличие их свойств, а также повышающего сопротивляемость матрицы термопластическому деформированию, может быть использован титан.
Следующее направление развития технологий предусматривает чередование монослойных и покрытий сложного состава в процессе нанесения покрытия. Экспериментально установлено, что покрытия, осажденные при сопоставимых условиях, имеют твердость в однослойном варианте CrN - 20 ГПа, TiN - 24 ГПа, TiCrN - 22 ГПа, а многослойные покрытия TiN- CrN имеют твердость 29 ГПа. Многослойные покрытия, содержащие слои сложного состава TiN-TiCN-TiN и TiAlN-CrN позволяют снизить не только температурные и механические факторы, инициирующие схватывание, но и увеличивают сопротивляемость покрытия разрушению в условиях адгезионных процессов. Хорошее сопротивление покрытия такому разрушению обусловлено гетерофазным строением и изменением свойств по сечению, что позволяет тормозить "хрупкую трещину" при ее развитии.
|
|
|
Определено, что твердость и прочность многослойного покрытия увеличивается с уменьшением толщины индивидуальных слоев до единиц нанометров. Например, если однослойные покрытия TiCrAlN имеют твердость 24 ГПа, то многослойные покрытия TiAlN-CrN с толщиной слоев соответственно 15 нм и 6 нм обладает твердостью 35 ГПа. Развитие плазменной техники дало возможность точной регулировки по заданной программе давления и состава реакционного газа, степени фокусировки плазменного потока, сепарирования потока капельной фазы. Все это позволило развить технологию получения композиционных покрытий, представляющих собой структуру сверхрешетки. Покрытия данного типа представляют собой ряд чередующихся слоев различного состава и толщины. Толщина каждого слоя может варьироваться от нанометров до нескольких микрон. В частности образование сверхрешетки из перемежающихся слоев TiAlN и CrN с периодом 3,8 нм позволяет увеличить твердость и сократить абразивный износ полученного покрытия по сравнению с покрытиями из TiAlN и Cr.
Данный класс покрытий является пока совершенно новым. Поэтому отсутствуют сведения о влиянии выдержки в течение длительного времени на свойства такого рода покрытий в результате естественного старения и релаксационных процессов.
Повышение работоспособности режущего инструмента с многослойными композиционными покрытиями обусловлено тем, что данные покрытия, отвечают требованиям "третьей среды", т.е. имеют в своем составе слои, соответствующие свойствам инструментальной матрицы, слои, обеспечивающие высокую сопротивляемость износу в условиях знакопеременных напряжений и алгезионно- усталостных процессов.
|
|
|
Монолитный твердосплавный металлорежущий инструмент с наноструктурированным покрытием (сверло или фреза) покрывается специальным нанопокрытием и обрабатывается по специальной технологии — методом вакуумного осаждения из плазмы. В результате чего износостойкость инструмента увеличивается в 2-2,5 раза. Толщина наноструктурированного покрытия до 20 мкм, микротвердость 25-30 ГПа.
Описание:
Монолитный твердосплавный металлорежущий инструмент с наноструктурированным покрытием (сверло или фреза) покрывается специальным нанопокрытием и обрабатывается по специальной технологии — методом вакуумного осаждения из плазмы, получаемой в результате испарения материала из металлических или металлокерамических катодов с глубоким легированием слоев формируемого покрытияассистирующим пучком ионов.
В результате чего износостойкость инструмента увеличивается в 2-2,5 раза. Толщина наноструктурированного покрытия до 20 мкм, микротвердость 25-30 ГПа.
Улучшение технических характеристик (твердость, вязкость) инструмента с нанопокрытиями приводит к существенному увеличению производительности труда и снижению себестоимости изготавливаемой при помощи данного инструмента продукции.
Монолитный твердосплавный металлорежущий инструмент производится в следующих формах:
— фрезы концевые различных типов, диаметром 3…25 мм.,
— сверла диаметром 3…20 мм, глубина обработки 3D, 5D, 7D,
— развертки,
— зенкеры.
Преимущества:
— жизненный цикл инструмента увеличивается в 2,5 раза,
— минимизируется время простоя оборудования,
— снижаются затраты на переточку инструмента,
— снижаются затраты предприятий на приобретение инструмента,
— увеличенная износостойкость инструмента в 2,5 раза,
— в 2-2,5 раза больше снимаемого металла,
— увеличение производительности труда,
— снижение себестоимости изготавливаемой при помощи данного инструмента продукции.
|
|
|
Виды нанопокрытий:
| Материал | TiN | TiCN | ZrN | AlTiN |
| Слойность | моно | мульти | мульти | мульти |
| Микротвердость по Викерсу | 2300+/-300 | 3500+/-500 | 2800+/-300 | 3300+/-300 |
| Коэффициент трения (обработка стали) | 0,6 | 0,2 | 0,5 | 0,7 |
| Максимальная температура эксплуатации, о С | 500 | 400 | 600 | 800 |
| Цвет | Золотой | Сине-серый | Светло-желтый | Антрацит |
| Предпочтительное применение | Универсальное покрытие. | Фрезерование и сверление сталей, склонных к налипанию. Подходит для обработки цветных материалов. | Фрезерование и сверление алюминиевых сплавов и цветных металлов, обработка стекловолокна, нейлона и полимеров. | Фрезерование и сверление сталей с высоким содержанием хрома, жаропрочных, жаростойких сталей и сплавов, обработка с СОЖ и полусухая обработка. |
| Материал | AlTiCrN | TiAlSiN | CrN | TiAlCN |
| Слойность | мульти | мульти | моно | мульти |
| Микротвердость по Викерсу | 3000+/-300 | 3500+/-500 | 2000+/-200 | 3500+/-500 |
| Коэффициент трения (обработка стали) | 0,4 | 0,7 | 0,3-0,4 | 0,2 |
| Максимальная температура эксплуатации, о С | 800 | 900 | 600 | 800 |
| Цвет | Серебристый | Черный | Серебристо-серый | Темная роза |
| Предпочтительное применение | Фрезерование и сверление конструкционных (закаленных) сталей с низким содержанием хрома, титановых сплавов, чугунов, обработка с СОЖ. | Высокопроизводительное фрезерование и сверление чрезвычайно абразивных или твердых материалов (сталь с твердость более 54 HRC), обработка материалов без СОЖ. | Как инструмент для обработки давлением. Резание меди и других цветных металлов, формование металлов. Формование пластмассы с улучшенными характеристиками извлечения формообразующего инструмента. | Сверление сталей и сплавов твердостью до 44 HRC. |
СХЕМА НАНЕСЕНИЯ НАНОПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ:
Применение:
— высокотехнологичные отрасли промышленности:
· — авиационное двигателестроение,
· — ракетно-космическая отрасль,
· — самолетостроение,
· — судостроение,
· — приборостроение,
· — энергетическое и транспортное машиностроение
· — и т.д.,
— прочие отрасли промышленности.
|
|
|
