Упрочнение твердосплавных фрез ионно-плазменным покрытием (TiAlSi)n из катодов марки СВС

Механика и машиностроение

УДК

УПРОЧНЕНИЕ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ФРЕЗ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМ ПОКРЫТИЕМ (TIALSI)N ИЗ КАТОДОВ МАРКИ СВС

© 2011 Д.А. Захаров, А.А. Ермошкин, А.П. Амосов, В.Н. Лавро

Самарский государственный технический университет, г. Самара

Поступила в редакцию 10.11.2011

Целью исследования было выяснение влияния на износостойкость твердосплавных фрез опытного ионно-плазменного покрытия (TiAlSi)N, наносимого методом вакуумно-дугового испарения из катода состава ТЮ0,5-20%(А1-10%),полученного методом СВС-прессования[1,2].

Такие многокомпонентные катоды разработаны в СамГТУ и позволяют получать наноструктурные покрытия сложного состава (TiAlSi)N, свойства которых значительно превосходят свойства традиционного покрытия TiN. Например катод состава TiC0,5-20%(A1-10%) обеспечивает микротвердость в пределах 39-43ГПа, в то время как микротвердость покрытия TiN составляет 28-30ГПа.

Упрочнение фрез из твердого сплава выполняли на модернизированной установке плазменного напыления «Юнион» в СамГТУ.

Технология упрочнения фрез ионноплазменными покрытиями сложного состава включала 3 этапа:

1) Низкотемпературная газовая очистка поверхности упрочняемого инструмента с использованием специализированного модуля «Поток» по следующим режимам: напряжение разряда ир=400В, ток разряда Ip=1,4A, ток накала эмиттера 1н=23А давление газа (аргон) PAг=2,7•10-2Па, время очистки т=10 мин;

2) Ионная очистка (ионами распыленного материала). Ток дуги испарителя ^=130A, остаточное давление Р=1,3-10-2Па, температура изделия Тизд=6000С, время очистки т=10 мин;

3) Конденсация покрытия (TiAlSi)N. Опорное напряжение U0n=100B, давление газа (азот) PN2=6,6•10-1Па, время конденсации т=30 мин.

Полученные ионно-плазменные покрытия (TiAl-Si)N на фрезах из твердого сплава зарубежного производства имели равномерный темно-синий цвет.

Испытанию подвергались три фрезы диаметром 8мм длиной 100 мм.

Испытания проводились на обрабатывающем центре MCV-500 при механической обработке заготовок электродов из медно-вольфрамового сплава ВМ-15 с содержанием меди 15%мас. в условиях производства ОАО «Волгабурмаш»(ОАО «ВБМ»).

Обороты шпинделя при испытаниях были выбраны максимальными для данного типа обрабатываемого материала и составили 3200об/мин. При испытании были применены максимальные подачи в пятиосевом направлении до F=1500 мм/мин-1 (при

обычных подачах F=800мм/мин1). Испытуемые фрезы при этом выдержали максимальные подачи с успехом.

Следует отметить, что в данном испытании фрезой обрабатывались заготовки электродов сравнительно крупного диаметра и формы, требующей большого съема и, соответственно, хорошей износостойкости. Сплав ВМ-15 имеет твердость порядка 2,4ГПа и обладает достаточно высокой вязкостью. Возможно, поэтому при обработке заготовки испытываемой фрезой на поверхности электрода присутствовала незначительная шероховатость.

Об износе фрезы судили по величине съема медно-вольфрамовой стружки с заготовки. Когда фреза давала малый съем, ее автоматически снимали с испытаний.

Оценка износостойкости велась по машинному времени работы фрезы в минутах.

Испытание фрез с покрытием СамГТУ дало следующие результаты стойкости: 1000, 550 и 600 мин. В среднем стойкость фрез составила 712 мин. У всех испытанных фрез наблюдался одинаковый характерный износ задней грани при сохранении покрытия на передней грани.

Среднее время работы до износа фрез без покрытия составляет 100мин, а с традиционным покрытием TiN - 250-350 мин. Оригинальные фрезы с покрытием зарубежного производства имеют стойкость 1000-1500 мин.

Таким образом, опытное покрытие СамГТУ состава (TiAlSi)N значительно повышает ресурс работы фрез и приближает его к ресурсу фрез зарубежного производства при меньшей стоимости фрез с покрытием СамГТУ.

После проведения испытания и отработки фрез с опытным покрытием от одной из них был отрезан образец для проведения анализа его физикомеханических свойств с целью установления материала фрезы. В лаборатории ОАО «ВБМ» были получены следующие результаты:

плотность - 14,24г/см3,

коэрцитивность - 340Эрстед,

магнитное насыщение - 123Г/гСо, твердость, HRA - 92,5.

Достаточно высокое значение коэрцитивности образца позволяет сделать вывод, что это особомелкозернистый твердый сплав с дисперсностью порядка 0,5 мкм[3].

1047

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011

Для установления элементного состава сплава образец был передан в лабораторию СамГТУ для проведения рентгеноспектрального анализа. Этот анализ показал наличие элементов Cr и V, которые могут быть составляющими легирующих добавок Cr3C2 и VC , предотвращающих рост зерна в особомелкозернистых твердых сплавах.

По показателям физико-механических свойств анализируемый сплав оказался аналогичен субмикронному твердому сплаву K40UF с величиной зерна порядка 0,5 мкм[4]. Его характеристики приведены ниже:

плотность- 14,34г/см3, коэрцитивность-340Эрстед, магнитное насыщение - 123Г/гСо,

твердость,ЫКЛ - 92,3.

Вывод. Опытное покрытие сложного состава (TiAlSi)N значительно повышает износостойкость фрез (до 5-10 раз по сравнению со стойкостью фрез без покрытия) и приближает ее к стойкости фрез с покрытием зарубежного производства. Такое покрытие позволяет длительное время обрабатывать заготовки медно-вольфрамовых электродов без пе-

реналадок и заточек отработанных фрез. В будущем планируется испытать фрезы на заготовках из более твердого материала, например, из стали 45, являющейся международным эталоном для апробирования механических испытаний инструментов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ермошкин А.А., Амосов А.П., Федотов А.А., Лавро В.Н., Сметанин К.С., Алтухов С.И. Наноструктурированные ионно-плазменные покрытия из СВС-прессованных катодов на основе карбида титана//Новые перспективные материалы и технологии их получения. НПМ-2010: Сб. на-учн.тр^ Междунар.конф. (Волгоград, 14-16 сентября 2010 г.). Волгоград 2010. - С. 47-49.

2. Амосов А.П., Латухин Е.И., Федотов А.А., Ермошкин А.А., Алтухов С.И. Получение многокомпонентных СВС-прессованных катодов на основе тугоплавких соединений титана для нанесения вакуумно-дуговых покрытий. Известия ВУЗов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2011.№1. - С.46-50.

3. Туманов В.И. Свойства сплавов системы карбид вольфрама - кобальт. - М: Металлургия,1971. - 92с.

4. http://www.transetspb.ru/index.php

STRENGTHENING CEMENTED CARBIDE MILLS BY IONIC-PLASMA COATING (TIALSI)N FROM SHS CATHODES.

© 2011 D.A. Zaharov, A.A. Ermoshkin, A.P. Amosov, V.N. Lavro

Samara State Technical University, Samara

1048