Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6

Показано, что ионное азотирование твердых сплавов в безводородной среде приводит к увеличению до 20,1 ГПа среднего значения микротвердости и возрастанию на 15 % разрушающей нагрузки при консольном изгибе. При точении сталей азотированными пластинами коэффициент трения и сила резания уменьшаются до 1...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Сверхтвердые материалы
Дата:	2018
Автори:	Каплун, П.В., Сорока, Е.Б., Снозик, А.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2018
Теми:	Одержання, структура, властивості
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167270
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6 / П.В. Каплун, Е.Б. Сорока, А.В. Снозик // Надтверді матеріали. — 2018. — № 6 (236). — С. 26-35. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859653667360079872
author	Каплун, П.В. Сорока, Е.Б. Снозик, А.В.
author_facet	Каплун, П.В. Сорока, Е.Б. Снозик, А.В.
citation_txt	Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6 / П.В. Каплун, Е.Б. Сорока, А.В. Снозик // Надтверді матеріали. — 2018. — № 6 (236). — С. 26-35. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Сверхтвердые материалы
description	Показано, что ионное азотирование твердых сплавов в безводородной среде приводит к увеличению до 20,1 ГПа среднего значения микротвердости и возрастанию на 15 % разрушающей нагрузки при консольном изгибе. При точении сталей азотированными пластинами коэффициент трения и сила резания уменьшаются до 10 % от их значений до азотирования, интенсивность изнашивания снижается в 2 раза. Эффективность азотирования подтверждена производственными испытаниями при чистовой и черновой обработке. Показано, що іонне азотування твердих сплавів у безводневому середовищі приводить до збільшення до 20,1 ГПа середнього значення мікротвердості і зростання на 15 % руйнівного навантаження при консольному згині. При точінні сталей азотованими пластинами коефіцієнт тертя і сила різання зменшуються до 10 % від їх значення до азотування, інтенсивність зношування знижується в 2 рази. Ефективність азотування підтверджена виробничими випробуваннями в умовах чистової й чорнової обробки. Ion nitriding of hard alloys in a non-hydrogen medium leads to increase to 20.1 GPa of the average microhardness, rise in the breaking load by 15% under cantilever bending. When processing steels with nitrided plates, the coefficient of friction and cutting force are reduced to 10%, the wear rate decreases by a factor of 2. The effectiveness of nitriding is confirmed by production tests under finishing and roughing.
first_indexed	2025-12-07T13:37:05Z
format	Article
fulltext	http://stmj.org.ua 26 УДК 620.178 П. В. Каплун1, Е. Б. Сорока2, , А. В. Снозик1 1Хмельницкий национальний университет, г. Хмельницкий, Украина 2Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, г. Киев, Украина rym40a@gmail.com Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6 Показано, что ионное азотирование твердых сплавов в безводо- родной среде приводит к увеличению до 20,1 ГПа среднего значения микротвер- дости и возрастанию на 15 % разрушающей нагрузки при консольном изгибе. При точении сталей азотированными пластинами коэффициент трения и сила резания уменьшаются до 10 % от их значений до азотирования, интенсивность изнашивания снижается в 2 раза. Эффективность азотирования подтверждена производственными испытаниями при чистовой и черновой обработке. Ключевые слова: безводородное ионное азотирование, твердый сплав, микротвердость, консольный изгиб, сила резания, термо-ЭДС, коэффици- ент трения, интенсивность изнашивания. ВВЕДЕНИЕ Эффективность процесса металлообработки деталей в значи- тельной степени зависит от ресурса режущего инструмента. Обеспечение гарантированного ресурса твердосплавных пластин является основой надеж- ной работы автоматизированных и гибких производственных систем. Полу- чить инструментальные материалы с комплексом необходимых характери- стик можно с помощью технологий модификации, позволяющих управлять дефектностью и прочностью рабочих поверхностей режущего инструмента [1]. Эффективность применения того или иного вида модификации зависит от условий работы инструмента. Наибольшее распространение на практике по- лучила модификация поверхности, основанная на физическом осаждении покрытий, в частности PVD-покрытий. Такие покрытия значительно повы- шают работоспособность твердосплавной пластины, когда ее выход из строя обусловлен износом рабочих поверхностей. Развитие технологии PVD позво- ляет создавать покрытия различной архитектуры: многослойные и многоком- понентные, градиентные, покрытия дискретного типа, что позволяет обеспе- чить функциональные и прочностные характеристики в системе твердо- сплавная основа–покрытие [2–5]. Вместе с тем создание покрытий сложной архитектуры усложняет и делает более дорогим процесс их формирования. Кроме того, полученные авторами [6] результаты показывают, что твердо- сплавный инструмент с PVD-покрытием столбчатой структуры снижает со- © П. В. КАПЛУН, Е. Б. СОРОКА, А. В. СНОЗИК, 2018 ISSN 0203-3119. Надтверді матеріали, 2018, № 6 27 противление режущей кромки твердосплавной пластины локальному нагру- жению при скалывании. В условиях, когда значительная часть отказов инст- румента обусловлена хрупким разрушением режущей части твердосплавной пластины, которое проявляется в выкрашивании режущих кромок и скалыва- нии режущей части (черновая обработка, обработка на тяжелых станках), необходимы методы модификации, приводящие как к уменьшению разброса объемной и локальной прочности, так и к повышению этих характеристик твердого сплава. В литературе существуют отдельные данные о влиянии об- работки импульсным магнитным полем (ОИМП) на твердость и износостой- кость твердосплавных пластин [7, 8]. Также получены результаты, показы- вающие, что при модификации твердых сплавов Т5К10 и Т15К6 методом ОИМП предел прочности на изгиб при статическом нагружении возрастает до 27 % от его значения до модификации сплавов, увеличивается сопротив- ление локальному нагружению кромки, при испытаниях резцов методом “ломающей подачи” наблюдается повышение периода стойкости к разруше- нию на 17 % [9]. Применение этого метода сдерживается отсутствием резуль- татов оценки влияния режимов ОИМП на изменение комплекса свойств сплавов различных составов. Проблема создания и развития доступного метода модификации поверх- ности твердого сплава, который обеспечит повышение износостойкости, ло- кальной и объемной прочности, является актуальной задачей. Известно газовое азотирование твердых сплавов, которое проводят при температуре 1273–1473 K в атмосфере азота или азотно-водородной смеси. В [10] сообщается, что после двух-трехчасового насыщения микротвердость увеличивается на 2000–3000 МПа, толщина упрочненного слоя при этом со- ставляет от 3 до 50 мкм, износостойкость повышается в 5 раз. Авторы [11] проводили газовое азотирование в среде N:CO2:H. После такой обработки снижаются усилия резания (на 10–15 %) и коэффициент трения (до 5 %), на 25–30 % повышается износостойкость режущих пластин Т5К10 и Т15К6. Однако методы печного газового азотирования имеют ряд недостатков, свя- занных с большой продолжительностью процесса, значительным расходом энергии и газов, охрупчиванием острых кромок, малым диапазоном управле- ния физико-механическими свойствами азотированного слоя. К числу перспективных технологий упрочнения металлических материа- лов относится азотирование в тлеющем разряде (ионное азотирование), ус- пешно применяемое в Украине и за рубежом. Процесс ионного азотирования позволяет создать диффузионные покрытия с широким комплексом свойств, обеспечивающим повышение прочности, износостойкости и других эксплуа- тационных характеристик металлических материалов [12–15]. В [16] изложе- ны результаты исследования образцов и режущих пластин из твердых спла- вов Т14К8 и Т15К6 после ионного азотирования на установке НГВ 6.6/6-И1 в среде аммиака. Отмечается следующее изменение микротвердости HV100: увеличение на 7 % при температуре азотирования до 873 K и уменьшение на 3 % при температуре процесса 1073 K, что, на наш взгляд, находится в преде- лах разброса данных. Сообщается об увеличении до 27 % предела прочности на изгиб при испытании твердосплавных штабиков размером 5×5×35 мм. При торцевом точении стали ОС наблюдали уменьшение в 2 раза коэффициента трения, в 2–3 раза снижался линейный износ по передней и задней поверхно- сти режущей твердосплавной пластины. При этом глубина модифицирован- ного слоя после ионного азотирования при температуре 813 K, в зависимости от длительности, составляла от 3 до 7 мкм. Вызывают сомнения данные, свя- http://stmj.org.ua 28 занные с уменьшением от 24 до 70 % модуля нормальной упругости азотиро- ванных пластин. Более эффективным технологическим процессом поверхностного упроч- нения является метод ионного азотирования в безводородных средах, кото- рый достаточно хорошо изучен и получил широкое промышленное примене- ние для модификации металлических материалов [17, 18]. В отличие от ши- роко распространенного процесса ионного азотирования в водородсодержа- щих средах, он не вызывает разупрочнения основы, обусловленного вредным влиянием водорода на металл, уменьшается расход электроэнергии и газа, сокращается время азотирования, отсутствие токсичного аммиака делает этот метод экологически безопасным. Развитию и обоснованию применения ионного азотирования в безводо- родных средах для модификации рабочих поверхностей твердосплавных пластин посвящены работы [19, 20]. Показаны принципиальные отличия ме- ханизма влияния ионного азотирования на структуру поверхностных слоев металлических материалов и твердого сплава. В результате микроструктур- ных исследований, проведенных методами металлографического, рентгено- структурного и рентгеноспектрального анализов, установлено, что, в отличие от азотированных сталей и других конструкционных металлических мате- риалов, в азотированном твердом сплаве отсутствуют нитридные фазы. Ме- тодом оже-спектроскопии удалось выявить азот в несвязанном состоянии. Сделан вывод о том, что в результате ионного азотирования твердого сплава образуется пересыщенный твердый раствор азота в кобальтовой связке. Ус- тановлено, что глубина модифицированного слоя твердого сплава Т5К10 составляет ∼ 50 мкм. Таким образом, на основании анализа состояния проблемы эксплуатаци- онной стойкости твердосплавных режущих пластин, установлено, что ионное азотирование в безводородных насыщающих средах является перспективным способом повышения их износостойкости: повышает физико-механические характеристики твердого сплава, исключает разупрочнение металла водоро- дом и проблему адгезионной прочности покрытия с подложкой, обеспечивает значительную глубину модифицированного слоя. К тому же данный способ является экономичным и экологически чистым. Цель настоящего исследования – определение влияния ионного азотиро- вания в безводородной среде на физико-механические и трибологические характеристики твердых сплавов, а также на эксплуатационные характери- стики твердосплавных режущих пластин. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Исследовали пластины и образцы из твердых сплавов Т5К10 и Т15К6 в исходном и модифицированном ионным азотированием состояниях. Упрочнение твердосплавных пластин проводили на специально разрабо- танной и изготовленной установке ионного азотирования для осуществления технологических процессов в безводородных средах [18]. Рабочим газом была смесь азота и аргона. Режимы азотирования в насыщающей среде были выбраны на основе результатов [19] и представлены в табл. 1. Для исследования микротвердости твердосплавных неперетачиваемых пластин Т5К10 в исходном и азотированном состоянии использовали прибор ПМТ-3. Значение нагрузки на пирамиду составляло 1 Н, продолжительность выдержки – 5 с. С учетом неоднородности твердосплавного материала коли- чество уколов составляло не менее 10. ISSN 0203-3119. Надтверді матеріали, 2018, № 6 29 Таблица 1. Режимы безводородного азотирования твердых сплавов Параметры технологического процесса Марка твердого сплава Т, K р, Па τ, мин СAr, % Т5К10, Т15К6 610 220 166 30 Изучение влияния азотирования на прочностные характеристики твердого сплава осуществляли согласно методике [21] при испытаниях неперетачи- ваемых режущих пластин из сплава Т5К10 по схеме консольного изгиба (рис. 1). P P 1 2 3 Рис. 1. Схема консольного изгиба неперетачиваемых режущих пластин: 1 – нагружающий элемент; 2 – режущая пластина; 3 – опора. Испытания и регистрация характеристик прочности пластин проводили на установке ИР-5057-50. Испытаны партии пластин в исходном и модифициро- ванном состоянии. Количество образцов в каждой партии составляло 10 штук, скорость нагружения – 0,7 мм/мин. В качестве сравнительного кри- терия прочности принято предельное значение разрушающей нагрузки Рmax, которое фиксировали при помощи тензометрического динамометра. Для подтверждения изменения физико-механических характеристик азо- тированного твердого сплава использовали метод неразрушающего контроля, заключающийся в регистрации и обработке сигналов акустической эмиссии (АЭ) с момента начала нагружения пластины до определенного уровня на- грузки, заведомо меньшей разрушающей, с применением комплекса акусти- ческой эмиссии [22]. Прием сигналов АЭ осуществляли с помощью пласти- ны-волновода с установленными на ней пьезоэлектрическими датчиками АЭ. Волновод закрепляли в специально разработанном устройстве, и он имел непосредственный контакт с верхней поверхностью испытуемой пластинки через слой акустической смазки. В качестве информативных параметров АЭ выбраны средняя амплитуда сигналов А и суммарное количество n сигналов за период анализа. Влияние азотирования на силу резания, коэффициент трения и среднюю температуру в зоне контакта обрабатываемого материала с инструментом исследовали при обработке на токарном станке мод. 1К62 без СОТС непере- тачиваемыми пластинами из сплава Т15К6 заготовок из сталей 45, 40Х и 03Х18Н10Т. Режимы резания: подача f = 0,2 мм/об, глубина резания t = 1 мм, диапазон скоростей резания v = 60–240 м /мин. Составляющие силы резания Px, Py, Pz измеряли динамометром УДМ-100. http://stmj.org.ua 30 Средний коэффициент трения по передней поверхности μ1 находили из зависимости 1 1 1 = N Fμ , (1) где F1 и N1 – тангенциальная и нормальная силы по передней поверхности пластины, которые вычислены с использованием системы уравнений, полу- ченных на основе экспериментально измеренных Px, Py, Pz и переднего угла γ [23]: γ     −γ−++= costg)( 22 22 1 NFPPPF zyx ; (2) γ      +−+ γ −= sin tg 22 2 2 1 yx z PPN FP N . (3) Здесь F2 и N2 – тангенциальная и нормальная силы по задней поверхности пластины, которые определяли методом экстраполяции зависимости сил ре- зания от глубины резания на нулевой срез [24]. Для изучения влияния азотирования на изменения температуры в зоне фрикционного контакта инструмент–деталь использовали метод натуральной термопары. Электронный милливольтметр типа Щ 4313 подключали одним проводником к режущей пластине, другим, через медный токосъемник, – к поверхности заготовки и с точностью 0,1 мВ регистрировали термо-ЭДС, которая характеризовала среднюю температуру в зоне контакта. Кривые износа получены при токарной обработке пластинами Т15К6 в исходном и азотированном состоянии стали 40Х на станке 1К62. Режимы резания f = 0,2 мм/об, t = 1 мм, v = 120 м/мин, γ = 13°, без СОТС. Для анализа выбрана величина фаски износа по задней поверхности hf. Интенсивность изнашивания I определяли на стадии приработки и на стадии установившего- ся изнашивания по формуле v h I f τΔ Δ = , (4) где Δhf – прирост величины линейного износа за время Δτ. Исследования исходных и модифицированных твердосплавных пластин Т5К10 в производственных условиях ПАО “Укрэлектроаппарат”, г. Хмель- ницкий проведены при чистовой (v = 175 м/мин, f = 0,2 мм/об, t = 1 мм, γ = 13°) проточке фланца (материал – сталь 30) на токарном станке с ЧПУ моде- ли ТК20. Критерий износостойкости − максимально возможное количество качественно обработанных однотипных деталей на одну пластину. В услови- ях ПО “АДВИС”, г. Хмельницкий, на токарном полуавтомате мод. 1Б265-6 проведены испытания пластин Т5К10 при черновом точении поковки из ста- ли 35Х2ГСМА (v = 60 м/мин, s = 1,2 мм/об, t = 3 мм, γ = 13º). РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Анализ результатов измерений микротвердости пластин Т5К10 показал уменьшение разброса величины Н100 для пластин, модифицированных ион- ным азотированием (минимальные и максимальные значения Н100 для пла- стин в исходном состоянии составляли 12,2 и 19,8 ГПа, а для пластин после азотирования 18,4 и 22,6 ГПа). Среднее значение микротвердости модифици- рованных пластин составило 20,1 ГПа, что на 25 % выше микротвердости пластин в исходном состоянии (в отличие от металлических материалов, ко- гда азотирование приводит к кратному увеличению твердости, что связано с ISSN 0203-3119. Надтверді матеріали, 2018, № 6 31 тем, что при азотировании твердых сплавов нитриды не образуются). Важно отметить уменьшение разброса результатов, в первую очередь, за счет увели- чения минимальных значений твердости, что свидетельствует об уменьшении поверхностной дефектности твердого сплава. Результаты статистической обработки данных испытаний на прочность твердосплавных режущих пластин в условиях консольного изгиба для исход- ной и модифицированной групп инструментов представлены в табл. 2. Пока- зано, что уровень средней разрушающей нагрузки Pmax для модифицирован- ных пластин возрастает на 15 %, а разброс значений уменьшается. Таблица 2. Результаты испытаний пластин из сплава Т5К10 в условиях консольного изгиба Средняя амлитуда сигналов АЭ А, мкВ при нагрузке P, Н Суммарное коли- чество сигналов АЭ n при нагрузке P, Н Пластина Т5К10 Pmax, Н Дисперсия S2 Pmax 800 1000 1200 800 1000 1200 Исходное состояние 1813 540 2160 1944 2190 6,6 8 13,2 Азотированная 2079 445 1188 1158 1200 13,1 15,9 19 Относительное изменение параметра, % +15 – −45 −40 −45 +98 +99 +44 Обработка данных АЭ при испытаниях прочности выявила различия в ха- рактере излучения сигналов в группах исходных и азотированных пластин. Для модифицированных пластин наблюдали уменьшение средней амплитуды сигналов на 45, 40 и 45 % при трех используемых уровнях нагрузки. Суммар- ное количество сигналов за периоды анализа возросло на 98, 99 и 44 % соот- ветственно. Полученные результаты можно объяснить тем, что азотирование в тлеющем разряде и ионная бомбардировка, как его важная составляющая, вызывают активацию атомов поверхностных слоев, дополнительные пере- мещения этих атомов в результате взаимодействия с бомбардирующими ато- мами рабочего газа, что приводит к залечиванию поверхностных дефектов. С точки зрения дислокационной теории, атомы азота создают энергетические барьеры на пути перемещения дислокаций. Именно эти изменения в микро- структуре вызывают увеличение количества сигналов АЭ, как следствие по- верхностной активации твердого сплава, и значительное уменьшение ампли- туды сигналов в результате связывания дислокаций и создания дополнитель- ных препятствий на пути их перемещения. Эти изменения, а также наличие напряжений сжатия в поверхностном слое объясняют рост прочности твердо- го сплава. Зависимости составляющей силы резания Pz, термо-ЭДС ε и коэффициен- та трения μ от скорости резания при обработке заготовки из стали 45 режу- щими пластинами из сплава Т15К6 в исходном и модифицированном состоя- нии представлены на рис. 2. Анализ полученных результатов показал, что значения всех трех иссле- дуемых величин: силы резания, термо-ЭДС и коэффициента трения при об- работке стали 45 азотированной пластиной уменьшаются для всех скоростей резания. Благодаря снижению температуры контакта при обработке азотиро- ванным инструментом диапазон стабилизации зависимости Pz = f(v) сдвига- ется вправо по оси абсцисс, что свидетельствует о повышении оптимальной http://stmj.org.ua 32 скорости резания. С увеличением скорости резания возрастает разность меж- ду коэффициентами трения при обработке пластиной в исходном и азотиро- ванном состояниях. Точение заготовок из стали 40Х и стали 03Х18Н10Т со скоростью резания 120 и 100 м/мин также показало снижение величин Px, Py, Pz, μ и ε (табл. 3). Полученные результаты очевидно можно объяснить тем, что наличие несвязанного в соединения азота приводит к образованию ад- сорбционных слоев, кроме того, часть атомов азота замещается активными атомами кислорода, что обеспечивает условия для образования вторичных структур. 800 850 900 950 1000 1050 50 100 150 v, м/мин P z , H 1 2 а 11 12 13 50 100 150 ε, мВ 1 2 v, м/мин б 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 50 100 150 μ 1 1 2 v, м/мин в Рис. 2. Зависимости составляющей силы резания Pz (а), термо-ЭДС ε (б) и коэффициента трения μ (в) от скорости резания заготовки из стали 45 пластиной из сплава Т15К6: 1 – в исходном состоянии; 2 – после азотирования. Таблица 3. Влияние азотирования на характеристики процесса резания при обработке сталей твердосплавными пластинами Т15К6 Обрабатываемый материал Состояние пластины v, м/мин Px, Н Py, Н Pz, Н μ ε, мВ исходное 130 330 450 930 0,82 12,8 Сталь 45 модифициро- ванное 130 300 390 860 0,75 12,2 исходное 120 380 520 1200 0,80 18,5 40Х модифициро- ванное 120 360 450 1100 0,74 18,2 исходное 100 350 410 820 0,92 12,0 03Х18Н10Т модифициро- ванное 100 320 370 750 0,87 11,8 Анализ кривых износа, полученных при точении стали 40Х, показал су- щественное уменьшение величины износа, как на стадии приработки, так и на стадии установившегося износа (рис. 3). Установлено, что интенсивность изнашивания І пластин в исходном и модифицированном состоянии на ста- ISSN 0203-3119. Надтверді матеріали, 2018, № 6 33 дии уставившегося износа снижается от І = 0,26·10–4 для пластин в исходном состоянии до І = 0,116·10–4 для азотированных пластин. 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0 20 40 60 τ, мин h з , мм 1 2 Рис. 3. Кривые износа твердосплавных пластин Т15К6 при обработке стали 40Х (f = 0,2 мм/об, t = 1 мм, v = 120 м/мин): 1 – исходное состояние; 2 – после азотирования. Нужно отметить, что внешний вид изношенных участков пластин в ис- ходном и модифицированном состояниях принципиально отличается (рис. 4). Для пластин в исходном состоянии контактный участок имеет явно выражен- ный неоднородный характер, а для азотированных пластин характерен ров- ный край в области отрыва стружки от инструмента. а б Рис. 4. Вид изношенных участков пластин Т15К6 в исходном состоянии (а) и после азоти- рования (б) при обработке стали 40Х (f = 0,2 мм/об, t = 1 мм, v = 120 м/мин). Испытания, проведенные в условиях серийного производства при чисто- вом точении стали 30 показали увеличение периода стойкости (определяемо- го количеством обработанных деталей) азотированных пластин из сплава Т5К10 в 2,6 раза по сравнению с пластинами в исходном состоянии. В условиях чернового точения ступицы из стали 35Х2ГСМА трехгранной неперетачиваемой пластиной в исходном состоянии выход из строя пластины был связан с ее поломкой, исключающей дальнейшее использование пласти- ны. В 50 % случаев полная поломка происходила при обработке первой гра- нью, в остальных случаях пластины разрушались при точении второй гранью. Применение модифицированных пластин позволило полностью исключить отказы в результате поломок. Все девять азотированных пластин использова- ны полностью, причиной отказа был износ, для двух пластин из девяти на- блюдали скол при точении одной из граней. http://stmj.org.ua 34 ВЫВОДЫ Создание в результате азотирования фазы твердого раствора азота в ко- бальтовой связке способствует повышению ее микротвердости. Для азотиро- ванного твердого сплава значения Н100 достигают 20–22,6 ГПа, уменьшается их разброс за счет увеличения минимальных значений на 50 % при увеличе- нии среднего значения на 25 %. Уменьшается разброс значений разрушающей нагрузки и на 15 % возрас- тает средняя величина разрушающей нагрузки при консольном изгибе моди- фицированных пластин Т15К6 по сравнению с пластинами в исходном со- стоянии. Зарегистрировано уменьшение до 45 % средней амплитуды сигна- лов акустической эмиссии при консольном изгибе азотированных пластин с момента начала нагружения до определенного уровня нагрузки, заведомо меньшей разрушающей, и возрастание до 99 % суммарного количества сиг- налов за периоды анализа по сравнению с необработанными пластинами. Установлено, что азотирование приводит к изменению условий контакта и характеристик резания при обработке различных сталей твердосплавными пластинами из Т5К10: средний коэффициент трения и сила резания снижаются до 10 %, за счет снижения температуры в зоне контакта инструмент–деталь на 20 % повышается оптимальная скорость резания. При точении стали 40Х мо- дифицированными пластинами уменьшается износ пластин как на стадии при- работки, так и на стадии установившегося износа. Интенсивность изнашивания пластин на стадии уставившегося износа снижается более чем в 2 раза. В результате производственных испытаний установлено увеличение стой- кости при чистовом точении стали 30 по технологическому критерию: количе- ство деталей с заданной чистотой обработки поверхности и точностью разме- ров возросло в 2,6 раза при обработке инструментом, оснащенном азотирован- ными пластинами Т5К10, по сравнению с инструментом, оснащенным пласти- нами в исходном состоянии. При черновом точении стали 35Х2ГСМА азоти- рование позволило полностью исключить поломку режущих пластин. Количе- ство обработанных деталей при этом возросло почти в 4 раза. Низкая себестоимость и экологическая чистота ионного азотирования твер- дых сплавов в безводородных средах, а также улучшение в результате данного метода модификации комплекса физико-механических, трибологических, экс- плуатационных характеристик твердых сплавов и твердосплавных режущих пластин позволяют рассматривать данный метод модификации как перспектив- ный для пластин, предназначенных для различных условий и видов обработки. Показано, що іонне азотування твердих сплавів у безводневому середо- вищі приводить до збільшення до 20,1 ГПа середнього значення мікротвердості і зростання на 15 % руйнівного навантаження при консольному згині. При точінні сталей азотованими пластинами коефіцієнт тертя і сила різання зменшуються до 10 % від їх значення до азо- тування, інтенсивність зношування знижується в 2 рази. Ефективність азотування під- тверджена виробничими випробуваннями в умовах чистової й чорнової обробки. Ключові слова: безводневе іонне азотування, твердий сплав, мікротвердість, консольний згин, сила різання, термо-ЕРС, коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування. Ion nitriding of hard alloys in a non-hydrogen medium leads to increase to 20.1 GPa of the average microhardness, rise in the breaking load by 15% under cantilever bend- ing. When processing steels with nitrided plates, the coefficient of friction and cutting force are reduced to 10%, the wear rate decreases by a factor of 2. The effectiveness of nitriding is con- firmed by production tests under finishing and roughing. Keywords: hydrogen free ion nitriding, hard alloy, microhardness, cantilever bending, cutting force, thermo-electromotive force, friction coefficient, wear rate. ISSN 0203-3119. Надтверді матеріали, 2018, № 6 35 1. Лошак М. Г. Упрочнение твердых сплавов – К.: Наук. думка, 1977. – 148 с. 2. Верещака А. С., Карпушевски Б., Дюбнер Л. Г. Анализ основных аспектов проблемы применения многослойно-композиционных наноструктурированных функциональных покрытий для режущего инструмента // Сучасні технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2008. – Вип. 2. – С. 87–100. 3. Береснєв В. М. Принципи створення іонно-плазмових багатокомпонентних багатофун- кціональних покриттів з високими експлуатаційними властивостями: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Харків, 2006. – 32 с. 4. Vetter J., Burgmer W., Dederichs H. G., et al. The architecture and performance of multilayer and compositionally gradient coatings made by cathodic arc evaporation // Surf. Coat. Tech- nol. – 1993. – 61, N 1–3. – P. 209–214. 5. Soroka E., Lyashenko B., Qiao Shengru et al. Tribological behaviour and cutting performance of PVD-TiN coating/substrate system with discontinuous surface architecture // Rare Metal Mater. Eng. – 2011. – 40, N 4. – P. 580–0584. 6. Родічев Ю., Сорока О., Майборода В. Міцність та пошкоджуваність різальних кромок твердосплавних пластин при локальному навантаженні // Матеріали IV Міжнар. наук.- техн. конф. “Пошкодження матеріалів під час експлуатації, методи його діагностування і прогнозування”. – Тернопіль: Вид-во ТНТУ, 2015. – С. 236–239. 7. Козлюк А. Ю., Овчаренко А. Г., Курепин М. О. Обоснование схемы комбинированной магнитно-импульсной обработки твердосплавного режущего инструмента // Ползу- новский вестник. – 2012. – № 1. – С. 131–134. 8. Овчаренко А. Г., Козлюк А. Ю., Курепин М. О. Повышение износостойкости пластин из твердого сплава // Обработка металлов. – 2010. – № 2. – С. 13–15. 9. Сорока О., Родічев Ю., Ковальов В., Васильченко Я. Зміцнення твердосплавного різаль- ного інструменту для важкого машинобудування на основі поверхневої та об’ємної мо- дифікації фізичними методами // Вісник ТНТУ. – 2013. – 71, № 3. – С. 143–145. 10. Takase Takao. Современные тенденции развития технологии поверхностного упрочне- ния (Current trends in the development of surface hardening technology) // Kinzoku Zairyo (Metals in Engineering). – 1977. – 17, N 5. – P. 6–11. 11. А. с. 1044676 СССР, МКИ С23С 11/14. Способ газового азотирования твердосплавных пластин / Г. С. Овсеян. – Опубл. 30.09.83, Бюл. № 36. 12. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д. Азотирование стали. – М.: Машиностроение, 1976. – 256 с. 13. Арзамасов Б. Н. Химико-термическая обработка металлов в активизированных газовых средах. – М.: Машиностроение, 1979. – 224 с. 14. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д. Структура и прочность азотированных сплавов. – М.: Металлургия, 1982. – 176 с. 15. Коган Я. Д. Структура и прочность азотированных сплавов // Новые методы химико- термической обработки в машиностроении. – М.: МАДИ, 1982. – С. 11–13. 16. Свиденко Е. В. Повышение эксплуатационных свойств титановольфрамовых твердых сплавов с использованием технологии высокоэнергетической обработки: Дис. … канд. техн. наук. – Оренбург, 2016. – 174 с. 17. Каплун В. Г. Научные основы технологии упрочнения деталей машин и инструмента ионным азотированием в безводородных средах: Дис. … д-ра техн. наук. – Хмельниц- кий, 1990. – 541 с. 18. Каплун В. Г., Каплун П. В. Ионное азотирование в безводородных средах. – Хмельницький: ХНУ, 2015. – 318 с. 19. Каплун В. Г., Пастух І. М., Снозик О. В. Оптимізація параметрів режиму іонного азо- тування твердосплавного інструменту // Проблеми сучасного машинобудування: Зб. наук. пр. – Хмельницький: ТУП, 1996. – С. 104–106. 20. Пат. на винахід 23328 А Україна, МКВ С23С8/36. Спосіб хіміко-термічної обробки твердосплавних пластин / В. Г. Каплун, О. В. Снозик. – Опубл. 31.08.98, Бюл. № 4. 21. Верещака А. С., Третьяков И. П. Режущие инструменты с износостойкими покры- тиями. – М.: Машиностроение, 1986. – 192 с. 22. Ройзман В. П., Ковтун І. І. Програмно-апаратний комплекс акустичної емісії // Вимі- рювальна техніка в технологічних процесах. – 1997. – № 1. – С. 33. 23. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. – М.: Машиностроение, 1975. – 344 с. 24. Зорев Н. Н. Вопросы механики процесса резания металлов. – М.: Машгиз, 1956. – 367 с. Поступила 19.09.17 После доработки 07.06.18 Принята к публикации 07.06.18
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167270
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0203-3119
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T13:37:05Z
publishDate	2018
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
record_format	dspace
spelling	Каплун, П.В. Сорока, Е.Б. Снозик, А.В. 2020-03-22T17:19:11Z 2020-03-22T17:19:11Z 2018 Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6 / П.В. Каплун, Е.Б. Сорока, А.В. Снозик // Надтверді матеріали. — 2018. — № 6 (236). — С. 26-35. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167270 620.178 Показано, что ионное азотирование твердых сплавов в безводородной среде приводит к увеличению до 20,1 ГПа среднего значения микротвердости и возрастанию на 15 % разрушающей нагрузки при консольном изгибе. При точении сталей азотированными пластинами коэффициент трения и сила резания уменьшаются до 10 % от их значений до азотирования, интенсивность изнашивания снижается в 2 раза. Эффективность азотирования подтверждена производственными испытаниями при чистовой и черновой обработке. Показано, що іонне азотування твердих сплавів у безводневому середовищі приводить до збільшення до 20,1 ГПа середнього значення мікротвердості і зростання на 15 % руйнівного навантаження при консольному згині. При точінні сталей азотованими пластинами коефіцієнт тертя і сила різання зменшуються до 10 % від їх значення до азотування, інтенсивність зношування знижується в 2 рази. Ефективність азотування підтверджена виробничими випробуваннями в умовах чистової й чорнової обробки. Ion nitriding of hard alloys in a non-hydrogen medium leads to increase to 20.1 GPa of the average microhardness, rise in the breaking load by 15% under cantilever bending. When processing steels with nitrided plates, the coefficient of friction and cutting force are reduced to 10%, the wear rate decreases by a factor of 2. The effectiveness of nitriding is confirmed by production tests under finishing and roughing. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Одержання, структура, властивості Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6 The Impact of Hydrogen-Free Ion Nitriding on Physicomechanical and Performance Characteristics of Hard Alloys T5K10 and T15K6 Article published earlier
spellingShingle	Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6 Каплун, П.В. Сорока, Е.Б. Снозик, А.В. Одержання, структура, властивості
title	Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6
title_alt	The Impact of Hydrogen-Free Ion Nitriding on Physicomechanical and Performance Characteristics of Hard Alloys T5K10 and T15K6
title_full	Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6
title_fullStr	Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6
title_full_unstemmed	Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6
title_short	Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6
title_sort	влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов т5к10, т15к6
topic	Одержання, структура, властивості
topic_facet	Одержання, структура, властивості
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167270
work_keys_str_mv	AT kaplunpv vliâniebezvodorodnogoionnogoazotirovaniânafizikomehaničeskieiékspluatacionnyeharakteristikitverdyhsplavovt5k10t15k6 AT sorokaeb vliâniebezvodorodnogoionnogoazotirovaniânafizikomehaničeskieiékspluatacionnyeharakteristikitverdyhsplavovt5k10t15k6 AT snozikav vliâniebezvodorodnogoionnogoazotirovaniânafizikomehaničeskieiékspluatacionnyeharakteristikitverdyhsplavovt5k10t15k6 AT kaplunpv theimpactofhydrogenfreeionnitridingonphysicomechanicalandperformancecharacteristicsofhardalloyst5k10andt15k6 AT sorokaeb theimpactofhydrogenfreeionnitridingonphysicomechanicalandperformancecharacteristicsofhardalloyst5k10andt15k6 AT snozikav theimpactofhydrogenfreeionnitridingonphysicomechanicalandperformancecharacteristicsofhardalloyst5k10andt15k6

Влияние безводородного ионного азотирования на физико-механические и эксплуатационные характеристики твердых сплавов Т5К10, Т15К6

Репозитарії

Схожі ресурси