Азототитанирование твердого сплава ВК8
Разработана новая технология нанесения защитных покрытий на поверхность твердосплавных пластин. Исследованы химический и фазовый составы, структура и служебные свойства износостойких покрытий при участии титана, азота и углерода на твердом сплаве ВК8. Приведены результаты испытаний на стойкость азот...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96037 |
| 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: | Азототитанирование твердого сплава ВК8 / М.В. Карпец, В.Г. Хижняк, Н.А. Курило, Д.В. Лесечко, Я.Н. Дятел // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 33-35. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859770746720485376 |
|---|---|
| author | Карпец, М.В. Хижняк, В.Г. Курило, Н.А. Лесечко, Д.В. Дятел, Я.Н. |
| author_facet | Карпец, М.В. Хижняк, В.Г. Курило, Н.А. Лесечко, Д.В. Дятел, Я.Н. |
| citation_txt | Азототитанирование твердого сплава ВК8 / М.В. Карпец, В.Г. Хижняк, Н.А. Курило, Д.В. Лесечко, Я.Н. Дятел // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 33-35. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Разработана новая технология нанесения защитных покрытий на поверхность твердосплавных пластин. Исследованы химический и фазовый составы, структура и служебные свойства износостойких покрытий при участии титана, азота и углерода на твердом сплаве ВК8. Приведены результаты испытаний на стойкость азототитанированных пластин ВК8 в разных условиях резания. Установлено, что карбидные и нитридные покрытия повышают износостойкость пластин ВК8 в 1,1… 6,5 раз.
New technology of deposition of protective coatings on the surface of hard-alloy plates has been developed. Chemical composition, phase composition, structure and service properties of wear-resistant coatings on hard alloy VK8 using titanium, nitrogen and carbon are investigated. Results of tests on service life of nitrogen-titanized plates VK8 under different conditions of cutting are given. It was found that carbide and nitride coatings 1.1… 6.5 times increase the wear resistance of VK8 plates.
|
| first_indexed | 2025-12-02T06:39:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.785.536
АЗОТОТИТАНИРОВАНИЕ ТВЕРДОГО СПЛАВА ВК8
М. В. Карпец, В. Г. Хижняк, Н. А. Курило,
Д. В. Лесечко, Я. Н. Дятел
Разработана новая технология нанесения защитных покрытий на поверхность твердосплавных пластин. Исследованы
химический и фазовый составы, структура и служебные свойства износостойких покрытий при участии титана,
азота и углерода на твердом сплаве ВК8. Приведены результаты испытаний на стойкость азототитанированных
пластин ВК8 в разных условиях резания. Установлено, что карбидные и нитридные покрытия повышают износос-
тойкость пластин ВК8 в 1,1… 6,5 раз.
New technology of deposition of protective coatings on the surface of hard-alloy plates has been developed. Chemical
composition, phase composition, structure and service properties of wear-resistant coatings on hard alloy VK8 using
titanium, nitrogen and carbon are investigated. Results of tests on service life of nitrogen-titanized plates VK8 under
different conditions of cutting are given. It was found that carbide and nitride coatings 1.1… 6.5 times increase the wear
resistance of VK8 plates.
Ключ е вы е с л о в а : твердый сплав; покрытие; карбид;
нитрид; титан; микротвердость; износостойкость
В настоящее время широко применяются различные
технологии нанесения износостойких покрытий на
поверхность твердосплавного инструмента. В ре-
зультате нанесения покрытий срок службы инстру-
ментов увеличивается, что обусловлено эффектами,
влияющими на силу резания, температуру и коэф-
фициент трения в зоне резания. Покрытия являются
эффективным и перспективным способом повышения
эксплуатационных характеристик твердых сплавов,
а проведение исследований в этой области актуально.
Существуют покрытия на основе карбидов, нит-
ридов, боридов, оксидов металлов IV—VI групп пе-
риодической системы элементов. Наиболее распрос-
транены покрытия из карбидов, нитридов, карбонит-
ридов титана и оксида алюминия, полученные осаж-
дением из газовой фазы, физическим осаждением в
вакууме, химико-термической обработкой [1—4].
Карбид титана TiC характеризуется высокими
значениями твердости [5, 6]. Покрытия на его ос-
нове толщиной 5…7 мкм значительно повышают
износостойкость твердых сплавов при обработке уг-
леродистых сталей и чугунов и менее эффективны
при обработке нержавеющих и титановых сплавов
[1, 2]. Нитрид титана менее тверд, но отличается
низкой склонностью к схватыванию с нагретой
стружкой, хорошим скольжением по металлу, более
высокой, чем у карбида титана, жаростойкостью [1, 5, 6].
Получение требуемых состава и строения отдель-
ных слоев достигается путем химического осажде-
ния из газовой фазы посредством контролируемого
изменения состава газа. Данные о свойствах мно-
гослойных покрытий на основе соединений TiC и
TiN, возможности их получения способами химико-
термической обработки ограничены [7, 8].
Диффузионное насыщение имеет существенные
преимущества, по сравнению с другими способами
нанесения покрытий. Прочность связи диффузион-
ных покрытий с основой значительно выше, чем
покрытий иных видов за счет взаимного диффу-
зионного проникновения в основу наносимого эле-
мента и элементов основы в покрытие.
Таким образом, градиентное изменение концен-
трации элементов по толщине покрытия гарантиру-
ет плавное варьирование функциональных свойств.
Целью работы является получение на поверх-
ности твердого сплава ВК8 комплексного покрытия
с участием титана, азота и углерода, исследование
его структуры, свойств, проведение эксплуатацион-
ных испытаний.
Азототитанирование осуществляли в два после-
довательных этапа: азотирование и последующее
диффузионное титанирование. Азотирование про-
водили традиционным способом при температуре
550 °С и выдержке 20…36 ч в аммиаке при степени
его диссоциации 47…50 % [9]. Титанирование вы-
полняли в замкнутом реакционном пространстве с
© М. В. КАРПЕЦ, В. Г. ХИЖНЯК, Н. А. КУРИЛО, Д. В. ЛЕСЕЧКО, Я. Н. ДЯТЕЛ, 2009
33
пониженным давлением газовой фазы при темпера-
туре 1050 °С, 2…4 ч [2, 10]. В качестве исходных
реагентов использовали порошок титана, древесный
уголь и четыреххлористый углерод.
Рентгеноструктурные исследования проводили
на дифрактометре «ДРОН УМ-1» в монохромати-
зированном медном излучении. Дифрактограммы
расшифровывали с помощью программного обеспе-
чения PowderCell 2.4. Микрорентгеноспектральный
анализ выполняли с помощью растрового электронного
микроскопа-микроанализатора «РЕММА-101А», а ме-
таллографический – на микроскопе «Axiovert 40
MAT». Микротвердость и толщину покрытий изме-
ряли на микротвердомере ПМТ-3.
Микрорентгеноспектральные исследования спла-
вов ВК8 после азотирования по принятым условиям
показали, что на внешней стороне диффузионной
зоны содержание азота незначительно (не превы-
шает 0,05…0,10 %) и монотонно уменьшается по
толщине. Глубина проникновения азота в сплаве
составляет 250…300 мкм. При этом фазовый состав
и структура поверхности азотированного сплава не
отличаются от исходного.
Кобальт, растворяя незначительное количество
азота, образует нитриды Сo3N и Сo2N [11]. Кроме
того, при азотировании в аммиаке при температурах
1050…1200 °С в структуре сплавов группы ТК фор-
мируются слои с участием нитрида титана TiN или
карбонитрида Ti(C, N) [12, 13]. Толщина зоны нит-
ридов зависит от содержания карбида титана в ос-
нове и степени его обезуглероживания при азоти-
ровании [12, 14]. Сплавы группы ВК менее склонны
к обезуглероживанию, чем ТК, что в некоторой мере
подтверждает неизменность фазового состава и
структуры сплава ВК8 после азотирования при при-
нятых температурно-временных условиях и степени
диссоциации аммиака.
Послойным рентгеноструктурным анализом азо-
тотитанированного сплава ВК8 установлено, что
диффузионная зона состоит из слоя TiN, примыка-
ющего к основе, и слоя TiC, расположенного на
внешней стороне. При титанировании более 4 ч под
слоем нитрида возможно формирование обезугле-
роженной зоны незначительной толщины на основе
карбида Cо6W6C (рис. 1).
Период кристаллической решетки TiC на азото-
титанированном сплаве ВК8 составляет 0,4325 нм
и оказывается меньше периода того же карбида пос-
ле титанирования. Период кристаллической решет-
ки TiC в области гомогенности изменяется от 0,4295
для TiC0,5 до 0,4332 нм для TiC0,85. Можно пред-
положить, что сформированный в результате азо-
тотитанирования карбид титана описывается фор-
мулой TiC0,7.
Отличие периодов кристаллической решетки
обусловлено условиями их формирования. При ти-
танировании азотированного сплава ВК8 образовав-
шийся первый слой нитрида титана тормозит диф-
фузию углерода к поверхности. В результате пери-
од кристаллической решетки карбида титана в слое
азототитанированого покрытия оказывается мень-
шим, чем в титанированом. Как показано в насто-
ящей работе, твердость TiC после азототитанирова-
ния уступает таковой после титанирования.
Влияние азототитанирования на стойкость безвольфра-
мовых неперетачиваемых твердосплавных пластин при об-
работке резанием
Материал
инструмента –
сплав ВК8
Обраба-
тываемый
материал
Режимы резания Коэффи-
циент уве-
личения
стойкости
Ско-
рость,
м/мин
Подача,
мм/об
Без обработки У8А 200 0,430 1,0
40Х13 150 0,434 1,0
ВТ6 80 0,128 1,0
Титанирование
(T = 1050 °С,
τ = 4 ч)
У8А 200 0,430 2,0
40Х13 150 0,434 4,1
ВТ6 80 0,128 0,6
Азототитанирование
(T = 1050 °С, τ = 4 ч)
У8А 200 0,430 2,9
40Х13 150 0,434 6,5
ВТ6 80 0,128 1,1
Покрытие TiN,
конденсация ионной
бомбардировкой «Бу-
лат-3Т» (T = 800 °С,
τ = 1,5 ч)
У8А 200 0,430 2,0
40Х13 150 0,434 3,1
ВТ6 80 0,128 0,5
Примечание . Глубина резания во всех случаях составляла 1 мм.
Рис. 1. Дифрактограмма твердого сплава ВК8 после азототита-
нирования; излучение CuKα
; λ = 0,1541841 нм; I – интенсивность
излучения Рис. 2. Структура сплава ВК8 после азототитанирования (T =
= 1050 °С, τ = 2 ч), 500: 1 – TiC; 2 – TiN; 3 – Co6W6C
34
Микроструктура азототитанированного сплава
ВК8 приведена на рис. 2. Слой карбида титана рас-
положен на внешней стороне покрытия. После трав-
ления реактивом Мураками он имеет белый цвет,
является практически беспористым. Граница разде-
ла TiC—TiN выражена слабо.
К положительным свойствам азототитанирован-
ных покрытий следует отнести распределение мик-
ротвердости, которая монотонно уменьшается от
внешней стороны к основе. При этом максимальное
значение микротвердости установлено для слоя на
основе TiC (32…34 ГПа).
Проведены стойкостные испытания многогран-
ных неперетачиваемых твердосплавных пластин из
сплавов ВК8, упрочненных нитридом титана на ус-
тановке «Булат» путем титанирования и азототита-
нирования, при обработке различных промышлен-
ных марок сталей и цветных сплавов. Режущие
свойства многогранных неперетачиваемых пластин
с покрытиями сравнивали с режущими свойствами
пластин без покрытий в жестких условиях резания
[15]. При этом определяли коэффициент стойкости,
вычисляемый как отношение периода стойкости плас-
тин с покрытиями к периоду стойкости непокрытых
пластин. Пластины для испытаний выбрали из одной
партии. Испытания проводили до износа по задней
поверхности, составляющего 0,7 мм (таблица).
Наиболее высокие результаты показали покрытия
с участием азота, углерода, титана при обработке ста-
ли 40Х13. Стойкость азототитанированных сплавов
ВК8 оказалась выше серийных в 1,1…6,5 раз.
Выводы
1. Показана возможность получения на поверхности
твердого сплава ВК8 многослойных покрытий типа
карбид титана—нитрид титана путем последователь-
ной реализации процессов азотирования в аммиаке
и диффузионного титанирования.
2. Защитные покрытия имеют белый цвет, прак-
тически беспористы, хорошо сцеплены с основой.
3. Период кристаллической решетки TiC, распо-
ложенного на внешней стороне диффузионной зо-
ны, составляет 0,4325; TiN – на внутренней рав-
няется 0,4226 нм.
4. Микротвердость слоя TiC составила
32,0…34,0, TiN – 27,2 ГПа.
5. Стойкость многогранных неперетачиваемых
твердосплавных пластин из сплава ВК8 после азо-
тотитанирования повысилась, по сравнению с ис-
ходным сплавом, в 1,1…6,5 раз.
1. Верещака А. С., Третьяков И. П. Режущие инструменты
с износостойкими покрытиями. – М.: Машиностроение,
1986. – 192 с.
2. Диффузионные карбидные покрытия / В. Ф. Лоскутов,
В. Г. Хижняк, Ю. А. Куницкий, М. В. Киндрачук. –
Киев: Техника, 1991. – 168 с.
3. Development of PVD ceramic coatings for valve seats /
A. Kawana, H. Ichimura, Y. Inata, S. Ono // Surt. Coat.
Tech. – 1996. – 86/87. – P. 212—217.
4. Sheikn-Ahmad I. Y., Stewast I. S., Bailey I. A. Performan-
ce of different PVD coated tungsten carbide tools in the
continuous machining of particleboard // Proc. 12th In-
tern. Wood Machining Seminar (Kyoto, Japan, 1995). –
Kyoto, 1995. – P. 282—291.
5. Гольшмидт Х. Дж. Сплавы внедрения. – М.: Мир,
1971. – 424 с.
6. Тот Л. Карбиды и нитриды переходных металлов. – М.:
Мир, 1974. – 295 с.
7. Хижняк В. Г., Курило Н. А. Антифрікційні властивості
карбідних та нітридних покриттів титану на сталі
У8А // Проблеми тертя та зношування. – Київ: НАУ,
2007. – Вип. 47. – С. 142—150.
8. Хижняк В. Г., Король В. І. Механічні властивості
карбідних покриттів за участю титану та хрому на сталі
У8А // Фізика і хімія твердого тіла. – 2002. – 4,
№ 1. – С. 161—165.
9. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д. Азотирование стали. – М.:
Машиностроение, 1976. – 256 с.
10. Хижняк В. Г., Карпец М. В., Долгих В. Ю. Нанесение
защитных покрытий на безвольфрамовые твердые спла-
вы // Порошк. металлургия. – 2003. – № 9/10. –
С. 118—123.
11. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. –
М.: ГННИЛ по горной металлургии, 1962. – 608 с.
12. Бондарь В. Т. Азотирование спеченного твердого сплава //
Порошк. металлургия. – 1975. – № 2. – С. 38—43.
13. Ковальчук Г. Н., Шаповалов В. П., Горбунов Н. С. При-
менение титано-азотированных покрытий для повышения
стойкости твердосплавного инструмента // Защитные
покрытия на металлах. – Киев: Наук. думка, 1976. –
Вып. 10. – С. 107—108.
14. Коняшин И. Ю., Костяков В. И. Нарамовский И. В.
Структура и свойства безвольфрамовых твердых сплавов
после газового азотирования // Там же. – Киев: Наук.
думка, 1988. – Вып. 22. – С. 69—73.
15. Методика испытаний металлорежущего инструмента //
Общие машиностроительные нормативы режимов резания
для технического нормирования работ на металлорежущих
станках. – М.: Машиностроение, 1974. – Ч. 1. – 406 с.
Ин-т проблем материаловедения
им. И. М. Францевича НАН Украины, Киев
Нац. техн. ун-т Украины
«Киевский политехнический ин-т», Киев
Поступила 16.09.2009
35
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96037 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T06:39:37Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Карпец, М.В. Хижняк, В.Г. Курило, Н.А. Лесечко, Д.В. Дятел, Я.Н. 2016-03-10T13:17:03Z 2016-03-10T13:17:03Z 2009 Азототитанирование твердого сплава ВК8 / М.В. Карпец, В.Г. Хижняк, Н.А. Курило, Д.В. Лесечко, Я.Н. Дятел // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 33-35. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96037 621.785.536 Разработана новая технология нанесения защитных покрытий на поверхность твердосплавных пластин. Исследованы химический и фазовый составы, структура и служебные свойства износостойких покрытий при участии титана, азота и углерода на твердом сплаве ВК8. Приведены результаты испытаний на стойкость азототитанированных пластин ВК8 в разных условиях резания. Установлено, что карбидные и нитридные покрытия повышают износостойкость пластин ВК8 в 1,1… 6,5 раз. New technology of deposition of protective coatings on the surface of hard-alloy plates has been developed. Chemical composition, phase composition, structure and service properties of wear-resistant coatings on hard alloy VK8 using titanium, nitrogen and carbon are investigated. Results of tests on service life of nitrogen-titanized plates VK8 under different conditions of cutting are given. It was found that carbide and nitride coatings 1.1… 6.5 times increase the wear resistance of VK8 plates. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Общие вопросы металлургии Азототитанирование твердого сплава ВК8 Nitrogen titanizing of hard alloy VK8 Article published earlier |
| spellingShingle | Азототитанирование твердого сплава ВК8 Карпец, М.В. Хижняк, В.Г. Курило, Н.А. Лесечко, Д.В. Дятел, Я.Н. Общие вопросы металлургии |
| title | Азототитанирование твердого сплава ВК8 |
| title_alt | Nitrogen titanizing of hard alloy VK8 |
| title_full | Азототитанирование твердого сплава ВК8 |
| title_fullStr | Азототитанирование твердого сплава ВК8 |
| title_full_unstemmed | Азототитанирование твердого сплава ВК8 |
| title_short | Азототитанирование твердого сплава ВК8 |
| title_sort | азототитанирование твердого сплава вк8 |
| topic | Общие вопросы металлургии |
| topic_facet | Общие вопросы металлургии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96037 |
| work_keys_str_mv | AT karpecmv azototitanirovanietverdogosplavavk8 AT hižnâkvg azototitanirovanietverdogosplavavk8 AT kurilona azototitanirovanietverdogosplavavk8 AT lesečkodv azototitanirovanietverdogosplavavk8 AT dâtelân azototitanirovanietverdogosplavavk8 AT karpecmv nitrogentitanizingofhardalloyvk8 AT hižnâkvg nitrogentitanizingofhardalloyvk8 AT kurilona nitrogentitanizingofhardalloyvk8 AT lesečkodv nitrogentitanizingofhardalloyvk8 AT dâtelân nitrogentitanizingofhardalloyvk8 |