Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием
Представлены результаты фрактальных исследований структуры и свойств напыленных аморфно-кристаллических покрытий. Показана тесная корреляционная связь фрактальных параметров структуры и совокупности механических свойств материалов покрытий. Установлено, что стойкость режущих инструментов при обработ...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20686 |
| 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: | Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием / C.А. Клименко, Ю.А. Мельнийчук, Г.В. Встовский // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 2. — С. 56-64. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20686 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Клименко, С.А. Мельнийчук, Ю.А. Встовский, Г.В. 2011-06-03T21:18:23Z 2011-06-03T21:18:23Z 2008 Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием / C.А. Клименко, Ю.А. Мельнийчук, Г.В. Встовский // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 2. — С. 56-64. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20686 621.9.01:621.793.7 Представлены результаты фрактальных исследований структуры и свойств напыленных аморфно-кристаллических покрытий. Показана тесная корреляционная связь фрактальных параметров структуры и совокупности механических свойств материалов покрытий. Установлено, что стойкость режущих инструментов при обработке покрытий резанием в значительной степени определяется однородностью структуры и стабильностью механических свойств обрабатываемых материалов. The results of fractal research on the structure and properties of sprayed amorphous-crystalline coatings have been considered. A close correlation has been shown between the fractal parameters of the structure and the combination of mechanical properties of the coating materials. It has been found that the tool life in cutting coatings depends largely on the homogeneity of the structure and the stability of mechanical properties of workpiece materials. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Исследование процессов обработки Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием Interrelation between the structure parameters, mechanical properties of sprayed materials and the tool life in cutting them Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием |
| spellingShingle |
Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием Клименко, С.А. Мельнийчук, Ю.А. Встовский, Г.В. Исследование процессов обработки |
| title_short |
Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием |
| title_full |
Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием |
| title_fullStr |
Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием |
| title_full_unstemmed |
Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием |
| title_sort |
взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием |
| author |
Клименко, С.А. Мельнийчук, Ю.А. Встовский, Г.В. |
| author_facet |
Клименко, С.А. Мельнийчук, Ю.А. Встовский, Г.В. |
| topic |
Исследование процессов обработки |
| topic_facet |
Исследование процессов обработки |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Сверхтвердые материалы |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Interrelation between the structure parameters, mechanical properties of sprayed materials and the tool life in cutting them |
| description |
Представлены результаты фрактальных исследований структуры и свойств напыленных аморфно-кристаллических покрытий. Показана тесная корреляционная связь фрактальных параметров структуры и совокупности механических свойств материалов покрытий. Установлено, что стойкость режущих инструментов при обработке покрытий резанием в значительной степени определяется однородностью структуры и стабильностью механических свойств обрабатываемых материалов.
The results of fractal research on the structure and properties of sprayed amorphous-crystalline coatings have been considered. A close correlation has been shown between the fractal parameters of the structure and the combination of mechanical properties of the coating materials. It has been found that the tool life in cutting coatings depends largely on the homogeneity of the structure and the stability of mechanical properties of workpiece materials.
|
| issn |
0203-3119 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20686 |
| citation_txt |
Взаимосвязь параметров структуры, механических свойств напыленных материалов и стойкости инструмента при их обработке резанием / C.А. Клименко, Ю.А. Мельнийчук, Г.В. Встовский // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 2. — С. 56-64. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT klimenkosa vzaimosvâzʹparametrovstrukturymehaničeskihsvoistvnapylennyhmaterialovistoikostiinstrumentapriihobrabotkerezaniem AT melʹniičukûa vzaimosvâzʹparametrovstrukturymehaničeskihsvoistvnapylennyhmaterialovistoikostiinstrumentapriihobrabotkerezaniem AT vstovskiigv vzaimosvâzʹparametrovstrukturymehaničeskihsvoistvnapylennyhmaterialovistoikostiinstrumentapriihobrabotkerezaniem AT klimenkosa interrelationbetweenthestructureparametersmechanicalpropertiesofsprayedmaterialsandthetoollifeincuttingthem AT melʹniičukûa interrelationbetweenthestructureparametersmechanicalpropertiesofsprayedmaterialsandthetoollifeincuttingthem AT vstovskiigv interrelationbetweenthestructureparametersmechanicalpropertiesofsprayedmaterialsandthetoollifeincuttingthem |
| first_indexed |
2025-11-26T05:34:28Z |
| last_indexed |
2025-11-26T05:34:28Z |
| _version_ |
1850613833653026816 |
| fulltext |
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 56
Исследование процессов обработки
УДК 621.9.01:621.793.7
C. А. Клименко, Ю. А. Мельнийчук (г. Киев)
Г. В. Встовский (г. Москва)
Взаимосвязь параметров структуры,
механических свойств напыленных
материалов и стойкости инструмента
при их обработке резанием
Представлены результаты фрактальных исследований струк-
туры и свойств напыленных аморфно-кристаллических покрытий. Показана
тесная корреляционная связь фрактальных параметров структуры и совокупно-
сти механических свойств материалов покрытий. Установлено, что стойкость
режущих инструментов при обработке покрытий резанием в значительной
степени определяется однородностью структуры и стабильностью механиче-
ских свойств обрабатываемых материалов.
Ключевые слова: структура материала, износостойкие покры-
тия, фракталы, фрактальная размерность, стойкость инструмента.
В машиностроении повышение качества выпускаемой про-
дукции связано прежде всего с необходимостью увеличения ресурса работы
быстроизнашивающихся деталей [1]. Одним из наиболее перспективных пу-
тей повышения работоспособности и долговечности машин является поверх-
ностное упрочнение нанесением защитных покрытий на детали, работающие
в условиях повышенного трения и износа [2]. В мировой практике наблюда-
ется тенденция к увеличению объемов нанесения защитных покрытий. По
прогнозам на ближайшие годы темпы роста производства поверхностно-
упрочненных металлических изделий будут опережать темпы роста произ-
водства металлов и сплавов.
Совершенствование материалов защитных покрытий и технологий их на-
несения в промышленности во многом сдерживается недостатком технологи-
ческих возможностей по механической обработке. Высокие механические
свойства покрытий, неоднородность структуры (наличие твердых включений,
хаотично расположенных в структуре материала, относительно высокая по-
ристость) резко снижают их обрабатываемость резанием, затрудняют дости-
жение требуемого по условиям эксплуатации состояния поверхностного слоя
деталей, особенно при обработке лезвийным инструментом [3].
© C. А. КЛИМЕНКО, Ю. А. МЕЛЬНИЙЧУК, Г. В. ВСТОВСКИЙ, 2008
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 2 57
Разработка новых подходов и методов, позволяющих прогнозировать ра-
ботоспособность режущих инструментов при обработке современных функ-
циональных материалов, является актуальной задачей теории резания. Эф-
фективность механической обработки во многом определяется структурой и
свойствами материалов контактирующей пары — инструментального и обра-
батываемого. Напыленные покрытия имеют комбинированную структуру с
чередованием фрагментов различных размеров и формы. Интегральные свой-
ства таких структур могут быть описаны различными методами. В то же вре-
мя, использование традиционных методик зачастую не позволяет установить
корректные зависимости между параметрами структуры и механическими
свойствами неоднородных материалов.
В данной работе на примере износостойких газотермических аморфизиро-
ванных покрытий [4] высокой твердости, напыленных материалами на основе
ферробора, с использованием фрактального подхода [5] исследована взаимо-
связь структуры и механических свойств материалов покрытий, а также
стойкости инструмента при их обработке резанием.
Методы газотермического напыления позволяют формировать на поверх-
ностях деталей машин покрытия с разным уровнем механических и физико-
химических свойств. В зависимости от технологического метода напыления и
типа напыляемого материала (порошок, порошковая проволока, гибкий
шнур) покрытия имеют различную структуру, которая и определяет их меха-
нические свойства.
Анализ микроструктуры напыленных покрытий из склонных к аморфиза-
ции материалов системы Fe—B показывает, что структура покрытий включа-
ет частицы дискообразной формы, поровое пространство между ними и от-
дельно затвердевшие напыленные частицы. В покрытиях имеются еще не-
сколько структурных элементов, наличие которых связано с тем, что метода-
ми газотермического напыления не удается получить полностью (100 %-ное)
аморфное покрытие [6]. Такие покрытия характеризуются присутствием кри-
сталлических частиц, которые были расплавлены и затвердели после столк-
новения с основой. В покрытии они имеют сферическую форму с объемом
близким к объему исходных частиц порошка. Основу покрытий составляют
дискообразные аморфные и аморфно-кристаллические частицы, которые при
напылении были расплавлены, сильно деформировались при соударении с
подложкой и затвердели за очень короткий интервал времени. В таких части-
цах в разных концентрациях присутствуют кристаллические фазы α-Fe, Fe2B,
Fe3B, возникающие в связи с тем, что скорость охлаждения при напылении
недостаточна для полного торможения процесса кристаллизации [7]. Из-за
разбрызгивания напыляемых частиц при деформации на подложке в покры-
тии содержится незначительное количество мелких фрагментов округленной
формы размером < 10 мкм. В структуре реального покрытия имеются части-
цы и промежуточных типов.
Покрытия, которые формируются в процессе напыления, в зависимости от
вида, характеристик напыляемого материала и условий напыления, имеют
разную микроструктуру (табл. 1). Общим для них является наличие аморф-
ных (светлые фрагменты на изображениях в колонке 2 табл. 1) и кристалли-
ческих (темные фрагменты) фаз, которые отличаются по свойствам, в частно-
сти, микротвердости, а также присутствие значительного количества состав-
ляющих, что свидетельствует о структурной неоднородности напыленных
покрытий этого класса.
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 58
Таблица 1. Структура напыленных покрытий (×400)
и визуализированная совокупность механических свойств
их поверхностного слоя
Тип покрытия
Микроструктура
покрытия
Изображение совокупно-
сти механических свойств
покрытий
Газопламенное из порошка
Fe80B20
Газопламенное из порошковой
проволоки Fe80B20
Электродуговое из порошковой
проволоки Fe79Cr16B5
Учитывая, что структура обрабатываемого материала представлена не-
сколькими случайным образом располагающимися составляющими, сово-
купность его механических свойств может рассматриваться как мультифрак-
тал с комплексом характеристик. В настоящей работе были использованы
более простые характеристики — размерность Хаусдорфа-Безиковича (в
дальнейшем — фрактальная размерность) структуры D0 стр и совокупности
механических свойств поверхностного слоя D0 св материалов покрытий.
Фрактальные характеристики, как правило, определяют по информации,
содержащейся на геометрическом носителе [8]. В связи с этим фрактальный
анализ структуры материалов проводят по фотографиям шлифов, а для ви-
зуализации совокупности механических свойств поверхностного слоя мате-
риалов покрытий (см. колонку 3 табл. 1) разработана специальная методика.
Для получения исходных данных по совокупности механических свойств
материалов поверхностного слоя покрытий были использованы основы одно-
го из методов микромеханических неразрушающих испытаний — деформа-
ционно-спектрального анализа [9], который базируется на явлении структур-
ной чувствительности трибоспектральних характеристик, связанных с неод-
нородностью структуры гетерогенного поверхностного слоя. На приборе для
проведения склерометрических исследований было проведено сканирование
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 2 59
поверхности образцов из исследуемых материалов. В покрытие внедряли
алмазный индентор и с постоянной скоростью в режиме упруго-пластического
деформирования перемещали его относительно образца. Конструкция склеро-
метра исключала перемещение индентора в двух плоскостях, единственная
плоскость перемещения — горизонтальная, а фиксируемое усилие — танген-
циальное [10]. Склерометр позволяет снимать с исследуемой поверхности три-
бограмму, характеризующую изменение величины тангенциальной составляю-
щей силы контактного взаимодействия индентора с поверхностью, набор орди-
нат с пиковой амплитудой которой определяется совокупностью механических
свойств материала и особенностями его структуры. В частности, пиковые значе-
ния ординат трибограммы тесно связаны с микротвердостью исследуемого ма-
териала вдоль трассы сканирования, а расстояние между пиками — с размером
его структурных составляющих.
Трибограмма является геометрическим образом совокупности механиче-
ских свойств гетерогенного поверхностного слоя покрытия вдоль трассы
сканирования. Ее анализ, с учетом фрактальных представлений о структуре
материала [5], позволяет выполнить оценку гетерогенности покрытия коли-
чественными характеристиками.
По полученным трибограммам клеточным методом [8] определяли фрак-
тальную размерность совокупности механических свойств материала D0s
вдоль трассы сканирования.
Показатель степени в логарифмической зависимости числа клеток N от их
размера δ является фрактальной характеристикой множества (табл. 2). Такая
зависимость представляет собой прямую — фрактальную диаграмму, тангенс
угла α наклона которой соответствует величине фрактальной размерности
D0s. На рис. 1 представлена вышеуказанная зависимость для покрытий систем
Fe—Si—B и Fe—Cr—B. Подобная зависимость для покрытий системы Fe—B
приведена в [5].
Аналогичным образом при послойном удалении покрытия были просле-
жены изменения их свойств по толщине.
Таблица 2. Фрактальная размерность D0s покрытий
Тип покрытия
Функция
N = аδ–D
α,
град
Фрактальная
размерность D0s
Газопламенное из порошка Fe80B20 N = 2145,9δ–1,7624 60,4 1,76±0,04
Электродуговое из порошковой проволоки
Fe80B20
N = 1389,0δ–1,5716 57,5 1,57±0,02
Газопламенное из порошковой проволоки
Fe80B20
N = 486,6δ–1,3159 52,9 1,32±0,01
Газопламенное из порошка Fe79Cr16B5 N = 2462,4δ–1,8211 61,2 1,82±0,04
Электродуговое из порошковой проволоки
Fe79Cr16B5
N = 1809,9δ–1,6821 59,2 1,68±0,03
Газопламенное из порошка Fe78Si12B10
на расстоянии от основы, мм:
0,6
1,1
1,4
N = 425,1δ–1,3136
N = 946,4δ–1,5805
N = 1171,2δ–1,6691
52,6
57,7
59,1
1,31±0,02
1,58±0,02
1,67±0,02
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 60
Для расчета фрактальной раз-
мерности D0s на ПЭВМ по приве-
денному выше алгоритму разрабо-
тана программа Fractal analysis
[11].
Cредние значения величины
фрактальной размерности D0s для
ряда покрытий приведены в табл. 2.
Дробная величина параметра
D0s подтверждает фрактальный ха-
рактер совокупности механичес-
ких свойств исследуемых покры-
тий вдоль трассы сканирования
индентором.
Для определения совокупности
механических свойств поверхно-
стного слоя покрытий с образцов в
параллельных сечениях с шагом
0,5 мм снимали десять трибограмм.
Для визуализации совокупности ме-
ханических свойств покрытий раз-
работана специальная программа
Surface analysis [10], которая оцифровывает результаты и формирует двухмер-
ные изображения (см. табл. 1), характеризующие совокупность механических
свойств поверхностных слоев покрытий, что позволяет проводить количест-
венную оценку неоднородности материала на всей исследованной поверхности.
Полученные изображения структур и совокупности механических свойств
поверхностного слоя покрытий обрабатывали с использованием методики
цифровой мультифрактальной параметризации и специальной компьютерной
программы MFRDrom, разработанных Г. В. Встовским [12] (табл. 3).
Таблица 3. Основные мультифрактальные характеристики структур
и совокупности механических свойств покрытий
Покрытие
газопламенное
порошковое Fe80B20
газопламенное
из порошковой
проволоки Fe80B20
электродуговое
из порошковой
проволоки Fe79Cr16B5
Пара-
метры
структура свойства структура свойства структура свойства
D1 – D40 –0,114 –0,147 –0,222 –0,188 –0,151 –0,191
F40 2,889 3,157 3,167 3,235 3,129 3,429
D–40 – D40 –0,702 –0,75 –1,851 –1,507 –1,854 –1,245
D–40 1,273 1,227 0,124 0,449 0,121 0,715
D0 1,845 1,825 1,656 1,693 1,789 1,753
D1 1,861 1,83 1,753 1,763 1,824 1,769
D2 1,876 1,841 1,80 1,794 1,842 1,787
D40 1,975 1,977 1,975 1,951 1,975 1,960
Как видно из полученных результатов, наиболее перспективными с точки
зрения установления взаимосвязи между фрактальными параметрами, харак-
α
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 lg δ
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
lg N
2
3
Рис. 1. Прямые для определения фрактальной
размерности D0s покрытий систем Fe—Si—B и
Fe—Cr—B: 1 — газопламенное порошковое
Fe78Si12B10; 2 — электродуговое порошковое
Fe79Cr16B5; 3 — газопламенное порошковое
Fe79Cr16B5.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 2 61
теризующими структуру и механические свойства напыленных материалов,
является фрактальная размерность D0 и показатель скрытой упорядоченности
[12] Δq = D1 – Dq, где D1 — информационная размерность, характеризующая
скорость роста информации; Dq — обобщенная энтропия (размерности) Ре-
нье.
Анализ полученных результатов показывает, что для исследуемых покры-
тий увеличению фрактальной размерности D0 св, определенной с помощью
мультифрактального анализа с использованием программы MFRDrom, соот-
ветствует увеличение фрактальной размерности D0s, определенной клеточ-
ным методом (рис. 2). Связь между D0s и D0 св может быть охарактеризована
линейной зависимостью D0s = –4,14 + 3,26D0 св (коэффициент корреляции
0,92), что подтверждает достоверность результатов оценки фрактальных па-
раметров, полученных различными методами.
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
2 1
1,65 1,70 1,75 1,851,60
О D
0s
О
1,80 D
0 стр
, D
0 св
Рис. 2. Зависимости между фрактальными параметрами: D0s = f (D0 стр) (1), D0s = f (D0св) (2).
Между величинами фрактальной размерности D0s, фрактальной размерно-
сти D0 стр
и величиной Δ40 стр = (D1 – D40)стр, характеризующей скрытую упоря-
доченность структуры материалов, получены регрессионные зависимости
(коэффициент корреляции 0,99):
D0s = –2,64 + 2,4D0 стр;
D0s = 2,27 – 4,21Δ40 стр.
Приведенные выражения количественно подтверждают связь между ха-
рактеристиками структуры и свойств материалов напыленных покрытий.
Гетерогенность структуры и нестабильность механических свойств по-
крытий оказывают решающее влияние на интенсивность изнашивания режу-
щего инструмента [13].
Представляет интерес сравнение стойкости инструмента при обработке
резанием покрытий с различным содержанием аморфной фазы и, соответст-
венно, характеризующихся различными значениями фрактальных размерно-
стей D0 стр и D0s. Полученные результаты показывают, что с увеличением ге-
терогенности структуры покрытий стойкость инструмента снижается, что,
вероятно, связано с повышением нестабильности процесса резания и ростом
динамических нагрузок. Относительно высокую стойкость инструмент имеет
при точении газопламенного покрытия из порошковой проволоки Fe80B20,
которое характеризуется высоким (80—90 %) содержанием аморфной фазы
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 62
и, как следствие, более однородной структурой (D0 стр = 1,66) и свойствами
(D0s = 1,32).
При увеличении скорости резания наблюдается снижение влияния неод-
нородности материала на стойкость инструмента. Так, стойкость резцов (кри-
тическая величина износа hз = 0,4 мм) при точении покрытий со скоростью
резания v = 2 м/с (S = 0,05 мм/об, t = 0,2 мм) для электродугового покрытия
из порошковой проволоки Fe79Cr16B5 (D0s = 1,68) составляет 26 мин, для газо-
пламенного покрытия из порошка Fe79Cr16B5 (D0s = 1,82) — 24 мин, а при
скорости резания v = 1,2 м/с — 44 и 36 мин соответственно.
Аналогичные результаты имеют место и при снижении критической вели-
чины износа инструмента (рис. 3).
τ, мин
40
50
30
20
0
10
1,0 1,5 2,0 2,5 v, м/с
2
1
3
45
Рис. 3. Зависимость стойкости инструмента (hз = 0,25 мм) от скорости резания (S =
0,05 мм/об; t = 0,2 мм, γ = –10°) при точении покрытий: 1 — газопламенного из порошко-
вой проволоки Fe80B20 (D0 стр = 1,66, D0s = 1,32); 2 — электродугового из порошковой про-
волоки Fe80B20 (D0 стр = 1,76, D0s = 1,57); 3 — газопламенного из порошка Fe80B20 (D0 стр =
1,82, D0s = 1,76); 4 — электродугового из порошковой проволоки Fe79Cr16B5 (D0 стр = 1,78,
D0s = 1,68); 5 — газопламенного из порошка Fe79Cr16B5 (D0 стр = 1,77, D0s = 1,67).
При обработке покрытий в зависимости от скорости резания изменяется
динамический характер взаимодействия инструмента с напыленным мате-
риалом. В то же время, при одинаковых режимах резания с ростом гетеро-
генности материала увеличивается интенсивность ударных нагрузок на инст-
румент, что обусловлено присутствием значительного количества структур-
ных составляющих и случайным характером их расположения в материале
покрытия.
При обработке с небольшими скоростями резания покрытий, характери-
зующихся высокой гетерогенностью материала, на инструмент действуют
ударные нагрузки с высокой интенсивностью, что снижает его стойкость. В
случае обработки высокоаморфизированных покрытий с меньшей неодно-
родностью структуры и свойств соударение поверхности инструмента со
структурными составляющими обрабатываемого материала происходит ме-
нее интенсивно и не оказывает существенного влияния на стойкость инстру-
мента. С повышением скорости резания частота соударений возрастает, что
интенсифицирует процесс изнашивания инструмента. В то же время, такое
влияние условий нагружения инструмента частично компенсируется измене-
нием условий контактирования между инструментальным и обрабатываемым
материалами, при которых снижаются силы трения, что приводит к умень-
шению вибраций инструмента. Условия резания высокогетерогенных мате-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 2 63
риалов приближаются к условиям обработки монолитных и это положитель-
но сказывается на стойкости инструмента.
Таким образом, процесс точения покрытий с более гетерогенной структу-
рой целесообразно проводить с высокими скоростями резания, что, повышая
производительность процесса обработки, способствует снижению ее себе-
стоимости.
На рис. 4 представлена зависимость стойкости инструмента от величины
фрактальной размерности D0s напыленных покрытий системы Fe—B, пока-
зывающая, что гетерогенность структуры, нестабильность механических
свойств напыленных покрытий оказывают существенное влияние на интен-
сивность изнашивания и стойкость режущего инструмента. Обработка реза-
нием напыленного материала, характеризующегося повышенной величиной
D0s, сопровождается ускоренным изнашиванием режущего инструмента.
1,41,3 1,6 1,7 1,81,5
τ, мин
50
30
40
20
10
0
1,2
v =2,7 м/с
D
0s
v =1,2 м/с
Рис. 4. Зависимость стойкости инструмента (hз = 0,25 мм) от величины фрактальной размерно-
сти D0s при точении (S = 0,05 мм/об, t = 0,2 мм) покрытий с аморфно-кристаллической струк-
турой.
Выводы
Фрактальный анализ является эффективным аппаратом диагностирования
структуры и свойств материалов покрытий. С коэффициентом корреляции
0,92 установлены функциональные зависимости между фрактальными харак-
теристиками структуры и совокупностью механических свойств поверхност-
ного слоя аморфно-кристаллических газотермических покрытий.
Установлено, что интенсивность изнашивания режущего инструмента в
значительной мере определяется однородностью структуры и свойств обра-
батываемого материала. Повышение степени гетерогенности материала по-
крытий приводит к ускоренному изнашиванию инструмента, что связанно,
прежде всего, с интенсификацией ударных нагрузок на лезвие инструмента и
ростом нестабильности процесса резания. Установлено, что с ростом скоро-
сти резания влияние неоднородности структуры и свойств покрытия на стой-
кость инструмента снижается.
Полученные результаты показывают перспективность использования ко-
личественных фрактальных характеристик и фрактального анализа для оцен-
ки стойкости режущего инструмента при обработке напыленных покрытий.
Работа выполнена при поддержке Государственного фонда фундамен-
тальных исследований Украины (договор № Ф 14/252—2007).
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 64
1. Васильев А. С., Дальский А. М., Клименко С. А. и др. Технологические основы управле-
ния качеством машин. — М.: Машиностроение, 2003. — 256 с.
2. Ляшенко Б. А., Клименко С. А. Тенденции развития упрочняющей поверхностной
обработки и положение в Украине // Сучасне машинобудування. — 1999. — № 1 (1). —
С. 94—104.
3. Клименко С. А., Муковоз Ю. А., Полонский Л. Г., Мельничук П. П. Точение износостой-
ких защитных покрытий. — Київ: Технiка, 1997. — 144 с.
4. Куницкий Ю. А., Коржик В. Н., Борисов Ю. С. Некристаллические металлические мате-
риалы и покрытия в технике. — Київ: Технiка, 1988. — 198 с.
5. Клименко С. А., Мельнийчук Ю. А. Фрактальный подход к изучению обрабатываемости
резанием защитных покрытий // Сверхтв. материалы. — 2003. — № 3. — С. 46—53.
6. Коржик В. М. Наукові та технологічні основи газотермічного напилення аморфізованих
покриттів з металевих сплавів: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. — Київ, 1999. — 35 с.
7. Манохин А. И., Митин Б. С., Васильев В. А., Ревякин А. В. Аморфные сплавы. — М.:
Металлургия, 1984. — 160 с.
8. Иванова В. С., Баланкин А. С., Бунин И. Ж., Оксогоев А. А. Синергетика и фракталы в
материаловедении. — М.: Наука, 1994. — 384 с.
9. Запорожец В. В. Динамические характеристики прочности поверхностных слоев и их оценка
// Трение и износ. — 1990. — 1, № 4. — С. 602—609.
10. Клименко С. А., Мельнийчук Ю. А. Комплекс обладнання для дослідження cтану
поверхневого шару матеріалів // Качество, стандартизация, контроль: теория и практика:
Материалы 6-й Междунар. науч.-практ. конф., г. Ялта, 26—28 сент. 2006 г. — Киев: АТМ
Украины, 2006. — С. 65—67.
11. Клименко С. А., Щербаков А. В., Мельнийчук Ю. А. Фрактальная оценка механических
свойств материалов // Современные методы и средства неразрушающего контроля и
технической диагностики: Материалы 8-го Междунар. семинара, Ялта, сент. 2000 г. —
Киев: АТМ Украины, 2000. — С. 33—35.
12. Встовский Г. В., Колмаков А. Г., Бунин И. Ж. Введение в мультифрактальную парамет-
ризацию структур материалов. — Ижевск: Изд. центр “Регулярная и хаотическая
динамика”, 2001. — 116 с.
13. Сверхтвердые материалы. Получение и применение: В 6 т. / Под общ. ред. Н. В. Нови-
кова; НАН Украины. Ин-т сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля. — Т. 5:
Обработка материалов лезвийным инструментом / Под ред. С. А. Клименко. — Киев,
2006. — 316 с.
Ин-т сверхтвердых материалов Поступила 09.11.07
им. В. Н. Бакуля НАН Украины
Всероссийский научно-исследовательский
и проектно-конструкторский институт
атомного материаловедения
|