О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания

Анализируются результаты сравнительных испытаний режущих инструментов с нанослойными n-TiNx /CrNx покрытиями, получаемыми методом вакуумно-дугового осаждения на основе промышленных сплавов титана ВТ1-0 и хрома ВХ1-17 (легирован – 1,5 вес.%V), во взаимосвязи с изменениями их фазово-структурного со...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2007
Main Authors:	Кунченко, Ю.В., Кунченко, В.В., Картмазов, Г.Н.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2007
Series:	Физическая инженерия поверхности
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98807
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания / Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко, Г.Н. Картмазов // Физическая инженерия поверхности. — 2007. — Т. 5, № 1-2. — С. 62–68. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98807
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-988072025-02-09T23:17:52Z О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания Про підвищення стійкості інструменту з наношаровими N-TiNx/CrNx покриттями в процесі різання About increase of resistance of the tool with nanolayer N-TiNx/CrNx coverings during cutting Кунченко, Ю.В. Кунченко, В.В. Картмазов, Г.Н. Анализируются результаты сравнительных испытаний режущих инструментов с нанослойными n-TiNx /CrNx покрытиями, получаемыми методом вакуумно-дугового осаждения на основе промышленных сплавов титана ВТ1-0 и хрома ВХ1-17 (легирован – 1,5 вес.%V), во взаимосвязи с изменениями их фазово-структурного состояния, микротвердости (Hv ), обусловленными отжигом в вакууме и на воздухе в интервале температур 300 ÷750 °С. Показано, что относительное увеличение стойкости режущего инструмента с нанослойными n-TiNx /CrNx покрытиями, наблюдаемое в условиях повышенных нагрузок, температур, при обработке труднообрабатываемых материалов, обусловлено фазовым упрочнением при отжиге до 500 °С вследствие распада метастабильных (не идентифицированных) фаз, неравновесных твердых растворов на основе взаимно растворимых систем TiN-CrN-VN, которые образуются в условиях вакуумно-дугового осаждения при температурах ~ 400 ÷ 450 °С. Аналізуються результати порівняльних випробувань різального інструменту із наношаровими n-TiNx /CrNx покриттями, які здобуті методом вакуумно-дугового осадження на основі промислових сплавів титану ВТ1-0 і хрому ВХ1-17 (легований – 1,5 ваг. % V), у взаємозв’язку зі змінами їхнього фазово-структурного стану, мікротвердості (Hv ), обумовлених відпалом у вакуумі й на повітрі в інтервалі температур 300 ÷ 750 °С. Встановлено, що відносне збільшення стійкості різального інструменту з наношаровими n-TiNx /CrNx покриттями, яке спостерігається в умовах підвищених навантажень, температур, при обробці важкооброблюваних матеріалів, обумовлено фазовим зміцненням при відпалюванні до 500 °С внаслідок розпаду метастабільних (не ідентіфікованних) фаз, не рівноважних твердих розчинів на основі взаємно розчинних систем TiN-CrN-VN, які утворюються в умовах вакуумно-дугового осадження при температурах ~ 400 ÷ 450 °С. Results of comparative test of the cutting instruments with nanolayered n-TiNx/CrNx coatings deposited by cathode-arc technique on the base of commercial alloys of titanium VТ1-0 and chromium VХ1-17 (with – 1,5 %V), in intercoupling with change of their phase-structured condition, microhardness (Hv ), stipulated annealing in the vacuum and on air in the interval of temperatures 300 ÷ 750 °С are analyzed. It is shown that relative increasing stability of cutting instrument with nanolayered n-TiNx /CrNx coatings observed in conditions of increased loads, temperatures, when processing hard-cutting materials is caused by phase hardening under annealing before 500 °С in con-sequence of the disintegration metastable (non identification) phases, non equilibrium hard solutions on the base of mutually soluble systems TiN-CrN-N, which are formed in conditions vacuum-arc deposition at temperatures ~ 400 ÷ 450 °С. 2007 Article О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания / Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко, Г.Н. Картмазов // Физическая инженерия поверхности. — 2007. — Т. 5, № 1-2. — С. 62–68. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98807 621.793.1, 620.18,163.4 ru Физическая инженерия поверхности application/pdf Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Анализируются результаты сравнительных испытаний режущих инструментов с нанослойными n-TiNx /CrNx покрытиями, получаемыми методом вакуумно-дугового осаждения на основе промышленных сплавов титана ВТ1-0 и хрома ВХ1-17 (легирован – 1,5 вес.%V), во взаимосвязи с изменениями их фазово-структурного состояния, микротвердости (Hv ), обусловленными отжигом в вакууме и на воздухе в интервале температур 300 ÷750 °С. Показано, что относительное увеличение стойкости режущего инструмента с нанослойными n-TiNx /CrNx покрытиями, наблюдаемое в условиях повышенных нагрузок, температур, при обработке труднообрабатываемых материалов, обусловлено фазовым упрочнением при отжиге до 500 °С вследствие распада метастабильных (не идентифицированных) фаз, неравновесных твердых растворов на основе взаимно растворимых систем TiN-CrN-VN, которые образуются в условиях вакуумно-дугового осаждения при температурах ~ 400 ÷ 450 °С.
format	Article
author	Кунченко, Ю.В. Кунченко, В.В. Картмазов, Г.Н.
spellingShingle	Кунченко, Ю.В. Кунченко, В.В. Картмазов, Г.Н. О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания Физическая инженерия поверхности
author_facet	Кунченко, Ю.В. Кунченко, В.В. Картмазов, Г.Н.
author_sort	Кунченко, Ю.В.
title	О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания
title_short	О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания
title_full	О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания
title_fullStr	О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания
title_full_unstemmed	О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания
title_sort	о повышении стойкости инструмента с нанослойными n-tinx/crnx покрытиями в процессе резания
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2007
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98807
citation_txt	О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания / Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко, Г.Н. Картмазов // Физическая инженерия поверхности. — 2007. — Т. 5, № 1-2. — С. 62–68. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT kunčenkoûv opovyšeniistoikostiinstrumentasnanosloinymintinxcrnxpokrytiâmivprocesserezaniâ AT kunčenkovv opovyšeniistoikostiinstrumentasnanosloinymintinxcrnxpokrytiâmivprocesserezaniâ AT kartmazovgn opovyšeniistoikostiinstrumentasnanosloinymintinxcrnxpokrytiâmivprocesserezaniâ AT kunčenkoûv propídviŝennâstíikostíínstrumentuznanošarovimintinxcrnxpokrittâmivprocesírízannâ AT kunčenkovv propídviŝennâstíikostíínstrumentuznanošarovimintinxcrnxpokrittâmivprocesírízannâ AT kartmazovgn propídviŝennâstíikostíínstrumentuznanošarovimintinxcrnxpokrittâmivprocesírízannâ AT kunčenkoûv aboutincreaseofresistanceofthetoolwithnanolayerntinxcrnxcoveringsduringcutting AT kunčenkovv aboutincreaseofresistanceofthetoolwithnanolayerntinxcrnxcoveringsduringcutting AT kartmazovgn aboutincreaseofresistanceofthetoolwithnanolayerntinxcrnxcoveringsduringcutting
first_indexed	2025-12-01T16:29:40Z
last_indexed	2025-12-01T16:29:40Z
_version_	1850324110014414848
fulltext	ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-262 ВВЕДЕНИЕ Износостойкость широко используемых макро- и микрослоистых TiNx/CrNx покрытий, во многом превосходящих монослойные TiN и CrN, не в полной мере удовлетворяют тре- бованиям эксплуатации их в условиях все воз- растающих нагрузок, температур, агрессив- ных сред. Дальнейшее повышение эффекти- вности таких покрытий может быть достиг- нуто путем создания монофазных, моно- слойных, нанокристаллических nc-TixCr1-xN и/или нанослойных n-TiNx/CrNx структур, об- ладающих более высокими механическими свойствами, термостойкостью, сопротивле- нием окислению и др. [1 – 16]. Получают nc-TixCr1-xN покрытия метода- ми реактивного испарения, магнетронного распыления, вакуумно-дугового испарения сплавов Ti с заданным соотношением содер- жания Ti и Cr [9, 11] либо одновременным осаждением (смешиванием) Ti и Cr потоков [11, 12, 15]; слоистые структуры формиру- ют последовательным осаждением задан- ной толщины слоев TiN и CrN [3, 5 – 14]. Закономерности формирования покрытий изучены главным образом для модификаций PVD методов, которые характеризуются отно- сительно низкими уровнями возбуждения, ионизации компонентов осаждаемых пото- ков (реактивное испарение, магнетронное распыление и т.п.). Показано, что максима- льные значения микротвердости, термоста- бильности, износостойкости достигаются при определенных параметрах, условиях осаждения, соотношениях концентраций, как правило, высокочистых исходных Ti и Cr, при размерах кристаллитов (≤10 нм), и соотно- шениях толщин слоев (~2:1) TiNx и CrNx [5, 7]. Однако, при этом отмечается недоста- точно высокий уровень адгезионных харак- теристик покрытий, получаемых такими ме- тодами. Использование вакуумно-дуговых источников в качестве дополнительных в комбинированных методах осаждения по- крытий и/или в качестве основы метода вакуумно-дугового осаждения [10, 14] обес- печивает повышение уровней возбуждения, ионизации компонентов осаждаемых пото- ков и, как следствие, эффективности их плаз- мохимического и физического взаимодейст- вия в т.ч. с материалом подложки. Тем самым, улучшаются адгезионные и когезионные ха- рактеристики получаемых покрытий [6]. Анализ ранее опубликованных результатов испытаний режущих инструментов с такими покрытиями [17] и установленных нами [18] закономерностей формирования нанослой- ных TiNx/CrNx композитов на основе промы- шленных сплавов титана (ВТ1-0) и хрома (ВХ1-17), получаемых с использованием стандартных установок типа “Булат”, зависи- мостей их структурно-фазовых, механичес- ких характеристик от условий и параметров вакуумно-дугового осаждения, дает основа- УДК 621.793.1, 620.18,163.4 О ПОВЫШЕНИИ СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТА С НАНОСЛОЙНЫМИ n-TiNx/CrNx ПОКРЫТИЯМИ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко, Г.Н. Картмазов Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Украина Поступила в редакцию 28.03.2007 Анализируются результаты сравнительных испытаний режущих инструментов с нанослойными n-TiNx/CrNx покрытиями, получаемыми методом вакуумно-дугового осаждения на основе про- мышленных сплавов титана ВТ1-0 и хрома ВХ1-17 (легирован – 1,5 вес.%V), во взаимосвязи с изменениями их фазово-структурного состояния, микротвердости (Hv), обусловленными отжигом в вакууме и на воздухе в интервале температур 300 ÷750 °С. Показано, что относите- льное увеличение стойкости режущего инструмента с нанослойными n-TiNx/CrNx покрытиями, наблюдаемое в условиях повышенных нагрузок, температур, при обработке труднообраба- тываемых материалов, обусловлено фазовым упрочнением при отжиге до 500 °С вследствие распада метастабильных (не идентифицированных) фаз, неравновесных твердых растворов на основе взаимно растворимых систем TiN-CrN-VN, которые образуются в условиях ваку- умно-дугового осаждения при температурах ~ 400 ÷ 450 °С. ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2 63 ние для следующего заключения. Наблюдае- мое относительное повышение стойкости инструмента с такими покрытиями опреде- ляется не только прочностными свойствами и особенностями процессов деформации, разрушения наноструктурных, нанослойных материалов [19, 20], образованием окислов в зоне контактирующих поверхностей [17], но и структурно-фазовыми изменениями изна- чально неравновесных состояний соедине- ний – составляющих покрытия [18] в процес- се эксплуатации при повышенных темпера- турах. Настоящая работа посвящена обоснова- нию этого заключения. УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ Для получения покрытий использована ус- тановка “Булат-6” с тремя испарителями, ра- ботающими в оптимальных режимах [23] и параметрами осаждения, обеспечивающи-ми синтез нитридов титана стехиометрического состава [24]. В качестве материалов катодов служили сплавы титана – ВТ1-0 и хрома – ВХ1-17 (основные легирующие добавки – V≈1,5 вес % и Y = 0,32 вес %), активного газа – азот (99,95 %). Покрытия наносились на рабочие поверхности режущих твердосплав- ных (ВК6, ВК8, Т15К6), быстрорежущих пластин (Р6М5) и образцы-свидетели из Х18Н10Т. Они размещались на подложко- держателе с радиусом вращения r = 300 мм вокруг оси камеры (аналогично работам [7, 10, 14]). В процессе нанесения покрытий плоскость конденсации, вращаясь, поочеред- но пересекает потоки плазмы, генерируемые двумя титановыми (И1, И3) и одним хромовым (И2) испарителями (Рис. 1). Условия и параметры осаждения (под- робно см. [18]) выбраны на основе модели расчета скоростей (толщины) покрытий [21], при которых формируются слоистые струк- туры с толщиной ламелей ~ 20 нм и соотно- шением толщин слоев на основе нитридов Ti и Cr (~12 нм и ~5 нм – соответственно). Такое соотношение, по данным [5, 7, 16], обеспе- чивает максимально высокие физико-механи- ческие и служебные характеристики получае- мых покрытий. На рис. 2 представлена расчетная схе- ма слоистой структуры покрытия, получа- емого в заданных условиях осаждения (РN = 0,41 Па, UП = –200 В, TК = 400 ÷ 450 °С) за один оборот подложкодержателя. Из нее следует, что конденсаты представляют собой структуры с чередованием слоев на основе нитридов титана и хрома, а также их смеси [21]. Температура образцов (пластин) в процес- се конденсации контролировалась пиромет- ром “Гефест”, а при отжиге – хромель-алюме- левой термопарой. Микроструктура попереч- ного сечения покрытия образца-свидетеля изучена при помощи электронного микроско- па ЭМВ100Л методом двухступенчатых пла- Ю.В. КУНЧЕНКО, В.В. КУНЧЕНКО, Г.Н. КАРТМАЗОВ Рис. 1. Схема осаждения многослойных вакуумно-ду- говых покрытий И1, И3 – испарители – Ti, И2 – Cr [18]. Рис. 2. Расчетная схема структуры получаемого слоис- того покрытия TiNx/CrNx ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-264 О ПОВЫШЕНИИ СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТА С НАНОСЛОЙНЫМИ n-TiNx /CrNx ПОКРЫТИЯМИ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ тиноуглеродных реплик. Фазовый состав, ма- кронапряжения определены рентгендифрак- тометрическими методами (ДРОН-3.0) с ис- пользованием λ-CuKα-излучения и sin2ц ме- тода. Микротвердость измерена на ПМТ-3 с нагрузками на индентор 0,05 Н и 0,1 Н. Со- держание Cr в покрытиях определялось при помощи микроанализатора “Camebax” и рентгеновского спектрального анализатора “Спрут”. Испытания режущих инструментов прове- дены в процессе продольного точения разли- чных видов сталей, сплавов (табл. 1) и фре- зерования сталей 45 и Н18К9М5Т. РЕЗУЛЬТАТЫ, ОБСУЖДЕНИЕ Из электронно-микроскопического изучения (рис. 3) и дифрактограмм покрытий (рис. 4) следует, что в данных условиях осаждения формируются многофазные нанослойные структуры, в состав которых входят фазы: в – (CrTi)2N с гексагональной и TixCr1-xN – с ГЦК решетками и преимущественной ориен- тацией (002) плоскостей в плоскости осаж- дения. Обнаруживаются дифракционные макси- мумы не идентифицированной фазы. Сильно размытые, перекрывающиеся дифракцион- ные максимумы, а так же уменьшенные (по сравнению с монофазными) значения пара- метра (а) ГЦК решетки TiNx и увеличенные соединения в-Cr2N свидетельствуют о высо- ком уровне микроискажений, образовании взаимных твердых растворов (TixCr1-xN и (CrTi)2N), наноструктурном состоянии. Со- Таблица 1 Результаты производственных испытаний твердосплавного инструмента с покрытиями n-TiNx/CrNx № Обрабатываемый Режим обработки V, м/мин. S, мм/об. T, мм Инструм. Коэф. повыш. Вид 2 ХН70МВЮ ВД 35 0,075 0,5 ВК-8 3,5 по корке 1 ХН70МВЮ ВД 31,5 0,075 0,5 ВК-8 5 получистовое 3 ХН70МВЮ ВД 37,6 0,15 0,3 – 0,5 ВК-8 7 получистовое 4 12Х13 140 0,35 5 ВК-8 2 черновое 5 18Х2Н4МА 100 0,43 3 – 6 Т15К6 2 черновое 6 12ХН3А 120 0,3 2 – 7 Т15К6 2 – 3 черновое 7 ЭИ437Б 50 0,15 1,0 ВК-6 3 получистовое 8 Ст. 45 75 – 190 0,15 1,0 ВК-6 1,5 – 3,0 получистовое Рис. 3. Микрофотография поперечного сечения TiNx/CrNx покрытия. Рис. 4. Фрагмент дифрактограммы TiNx/CrNx покрытия, полученного при PN = 0,007 Па – (1) и 0,41 Па – (2). держание Cr в покрытиях составляет 12 ÷ 14 ат %. Микротвердость таких покрытий HV = 26 ÷ 28 ГПа, сжимающие макронапря- жения σ = –4,5 ÷ –5,0 ГПа. Как следует из [18], в результате отжига через каждые 100 °С в вакууме в интервале 300 ÷ 750 °С в течение 20 мин. при каждой температуре – микротвердость возрастает, до- ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2 65 стигая максимума ~37 ГПа при температуре 450 ÷ 500 °С. Это является следствием фазо- вого упрочнения, обусловленного распадом неравновесных твердых растворов, в т.ч. на основе нитридов V – легирующего элемента в сплаве ВХ1-17, [4], метастабильных вза- имно растворимых фаз системы TiN-CrN-VN [22]. Окисление таких покрытий при отжиге на воздухе отмечается рентген-дифрактомет- рически при температурах выше 700 ÷ 750 °С, что совпадает с данными [5] для аналогичных соединений. Испытания при продольном точении про- ведены в условиях, при которых зависимости “износ-время” находятся в зоне нормального износа, чем исключается влияние случайных факторов на стадии приработки [17]. При обработке стали 45 на скоростях резания V = 75 ÷ 190 м/мин. стойкость пластин ВК6 (12,5×12,5×4,75мм) с покрытиями n-TiNx/CrNx толщиной 6 мкм в 1,5 ÷ 3,5 раза превышает стойкость пластин без покрытий. При этом во всем выбранном диапазоне скоростей их стойкость оказывается выше, чем с покрыти- ями TiN монослойными, полученными в аналогичных условиях осаждения. Превосходство нанослойных покрытий проявляется в большей мере при резании тру- днообрабатываемых материалов (ЭИ437Б). В диапазоне скоростей V = 30 ÷ 60 м/мин при S = 0,15 мм/об., t = 1 мм среднее значение коэффициента относительной стойкости их составляет К = 3, в то время, как для покры- тий TiN – К = 2 ÷ 2,3. Этот же вывод следует из результатов испытаний (табл. 1), а также полученных при торцевом фрезеровании (рис. 5 а, б, в). Фрезерование проведено по трем схемам с различной динамикой нагружения зубьев. Использована однозубая фреза с механичес- ким креплением пластин из быстрорежущей стали Р6М5 без покрытий, с монослойными TiN покрытиями толщиной h = 8 мкм; CrN, h = 6 мкм и многослойными n-TiNx/CrNx суммарной толщиной h = 6 мкм при толщине составляющих слоев на основе TiNx ≈ 12 нм и CrNx ≈ 5 ÷ 6 нм. Скорости резания предварительно подоб- раны таким образом, чтобы стойкость (Т) пластин составляла не менее 10 мин. Ю.В. КУНЧЕНКО, В.В. КУНЧЕНКО, Г.Н. КАРТМАЗОВ Рис.5. Влияние режимов торцевого фрезерования на стойкость (Т) и относительный коэффициент увеличе- ния стойкости (К) пластин из Р6М5 с монослойными TiNx, CrNx и нанослойными TiNx/CrNx покрытиями при обработке стали Н18К9М5Т и ст. 45. Виды фрезеро- вания: а) – встречное, б) – попутное и в) – симмет- ричное а) б) в) ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-266 С целью оценки эффективности покрытий при различном соотношении износа по передней и задней поверхности, фрезерова- ние выполнено с подачами S = 0,15 мм/зуб и S = 0,3 мм/зуб. Критерий затупления – пол- ный износ по задней поверхности. На рис. 5а, б, в представлены результаты стойкостных испытаний (стойкость – Т, коэф- фициент относительной стойкости – К) для различных видов фрезерования: встречное – (а), попутное – (б) и симметричное – (в) при обработке сталей 45 и Н18К9М5Т. Считается, что увеличение стойкости инструмента с по- крытием определяется повышением его про- чности, твердости, сопротивления износу, а также изменением контактных явлений, при- водящих к снижению сил трения, схватыва- ния материала инструмента с обрабатывае- мым материалом. Эти явления во многом за- висят от температуры в зоне резания, которая определяется условиями резания и средой обработки. При обработке на воздухе су- щественное влияние на стойкость инстру- мента оказывают окислы контактирующих материалов, образующиеся при достижении определенных температур и приводящие к снижению адгезионной составляющей сил трения [17]. Проведенный на воздухе отжиг испытываемых покрытий TiN, CrN и n-TiNx/ CrNx приводит к заметному окислению при температурах ~ 550 °С, 600 °С и ≥750 °С – со- ответственно. Стойкость же режущих пластин ВК6 с n-TiNx/CrNx покрытиями, отожжен- ными предварительно в течение 40 мин. на воздухе в интервале температур от 300 °С до 750 °С, возрастает до максимальных значений при температуре отжига Т ≈ 500 °С (рис. 6, кр. 2). Наблюдаемые несовпадения максима- льных значений стойкости (Т) с температурой окисления материала покрытия свидетель- ствует об иной причине повышения стойкос- ти, не связанной с окислением. Микротвердость нанослойных n-TiNx/CrNx покрытий (HV ≈ 26 ГПа) изначально выше, чем микротвердость монослойных TiNx и CrNx (HV ≈ 20 ÷ 22 ГПа). Это и особенности меха- низмов деформации наноструктурных мате- риалов [19, 20] являются основными факто- рами, определяющими более высокие стойко- сти инструментов с такими покрытиями. От- носительное увеличение стойкости их в ре- жимах более интенсивного нагружения, обу- словливающего повышение температуры по- крытия (сравни рис. 5а, б, в), объясняется фа- зово-структурными превращениями в про- цессе обработки, приводящими к фазовому упрочнению, к повышению микротвердости до ~37÷ 38 ГПа [18] и, в конечном итоге, – к повышению стойкости. Отжиг при более вы- соких температурах (ТO ≥ 600 °С), так же, как и формирование n-TiNx/CrNx покрытий при ТK ≥ 550 °С приводят к более фазово-одно- родным составам (nс-TixCr1-xN и (CrTi)2N) и равновесным состояниям покрытий и их микротвердости на уровне ~26 ÷ 28 ГПа [18, рис. 12]. Получаемые в таких условиях n-TiNx/ CrNx покрытия должны обладать более одно- родными и стабильными характеристиками по стойкости при обработке различных мате- риалов в различных режимах. ВЫВОДЫ 1. Исследованные TiN – CrN покрытия, по- лученные в стандартных режимах вакуумно- дугового осаждения с применением устано- вок типа “Булат”, оснащенных двумя титано- выми и одним хромовым испарителями, пре- дставляют собой наноструктурные, наносло- йные композиты n-TiNx/CrNx, состоящие из слоев толщиной ~14 нм на основе TixCr1-xN и ~ 5 нм = на основе – в-(CrTi)2N, а также не- индетифицированной фазы (фаз). 2. Превосходство стойкостных характеристик режущих инструментов с такими покрытия- О ПОВЫШЕНИИ СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТА С НАНОСЛОЙНЫМИ n-TiNx /CrNx ПОКРЫТИЯМИ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ Рис. 6. Зависимости от температуры отжига на воздухе стойкости (Т) пластин ВК6 без покрытий – (1), с нано- слойными TiNx/CrNx покрытиями – (2) и микро- твердости (Hv) таких покрытий от температуры отжига в вакууме – (3) ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-2 67 ми над монослойными TiN и CrN покрыти- ями, микротвердость (HV) которых ~ 20 ÷ 22 ГПа, обусловлено более высокими проч- ностными свойствами (HV ~ 26 ÷ 28 ГПа) и термостойкостью. 3. Относительное увеличение стойкости ин- струмента с нанослойными n-TiNx/CrNx по- крытиями в условиях повышенных нагрузок, температур в процессе точения (обработки) трудно обрабатываемых материалов обуслов- лено фазовым упрочнением материала по- крытия, увеличением HV до ~ 37÷38 ГПа вследствие структурно-фазовых превраще- ний при нагреве (отжиге) до ~ 500 °С изна- чально неравновесных состояний его компо- нентов (распад метастабильных фаз, неравно- весных твердых растворов на основе взаимно растворимых TiN-CrN-VN). ЛИТЕРАТУРА 1. Gorban’V.f., Andreev, A.A. Sychov V.V., Kart- mazov G.N., Nesowibat’ko Y.N., Taran V.S. Tri- bological Characteristics of Multy-Layer Ion- Plasma Coatings Based on Cr and Ti Nitrides// Proc. Ith Int. Congress on Rad. Phys. High Current Electronics and Modif. Materials. Tomsk. – 2000. – Vol. 3. – С. 494-496. 2. Андриевский Р.А., Анисимова И.А., Аниси- мов В.Г. Формирование структуры, микро- твердости многослойных дуговых конден- сатов на основе нитридов//ФиХОМ. – 1992. – № 2. – С. 99-102. 3. Андреев А.А., Кунченко В.В., Шулаев В.М., Китаевский К.М., Челомбитько А.Н. Иссле- дование многослойных вакуумно-дуговых из- носостойких покрытий, подвергнутых термо- обработке//Сб. докл. Международной науч- но-технической конференции “Пленки-2002”. МИРЭА, Москва. – С. 206-209. 4. Кунченко В.В., Андреев А.А., Кунченко Ю.В., Картмазов Г.Н. CrNx покрытия, получаемые вакуумно-дуговым методом на основе мало- легированных сплавов хрома//Вопросы атом- ной науки и техники (ВАНТ) Сер.: физика ра- диационных повреждений и радиационное ма- териаловеденье (ФРП и РМ). –2004. – № 3, (85). – С. 87-95. 5. Barshilia Harish C., Iain Anjana, Rajam K.S. Structure, hardness and thermal stability of nano- layered TiN/CrN multilayer coatings//Vacuum. – 2004. – Vol. 72. – С. 241-248. 6. Nardin Maria, Larsson Mats, Hogmark Sture. Mechanical and Tribological properties of multi- layered PVD TiN/CrN//Wear. –1999. –Vol. 232. – С. 221-225. 7. Nardin Maria, Larsson Mats. Deposition and characterization of multilayered PVD TiN/CrN coatings on cemented carbide//Surf. And Coat. Technol. –1999. –Vol. 116-119. – C. 108-115. 8. Leoni M., Scardi P., Rossi S., Fedrizzi L., Mas- siani Y. (TiCr)N and Ti/TiN PVD coatings on 304 stainless steel substrates: Texture and residual stress // Thin. Sol. Films. – 1999. – Vol. 345. – С. 263-269. 9. Iehn H.A., Thiergarden F., Ebersbach E., Fabi- an D. Characterization of PVD (TiCr)Nx hard coatings // Surf. and Coat. Technol. – 1991. – Vol. 50. – C. 45-52. 10. Han Jeon G., Myung Hyun S., Lee Hyuk M., Shaginyan Leonid R. Microstructure and me- chanical properties of Ti-Ag-N and Ti-Cr-N su- perhard nanostructured coatings//Surf. and Coat. Technol. –2003. –Vol. 174-175. – C. 738-743. 11. Vetter J., School H.J., Knotek O. (TiCr)N coa- tings deposited by cathodic vacuum arc evapo- ration//Surf. and Coat. Technol. –1995. –Vol. 74- 75. – C. 286-291. 12. Anischik V.M., Uglov V.V., Zlotski S.V., Konar- ski P., Swil M., Ukhov V.A. SIMS investigation of nitride coatings//Vacuum. – 2005. –Vol. 78. – C. 545-550. 13. Genzel Cristoph, Reimers Walter. Depthresolved X-ray residual stress analysis in PVD (TiCr)N hard coatings//Z. Metallkd –2003. –Vol. 94. – C. 655-661. 14. Ebersbach G., Fabian D. Preparation and perfor- mance of (CrTi)N coatings deposited by a com- bined hollow cathode and cathode arc technique //Surf. and Coat. Technol. – 1993. – Vol. 59. – C. 160-165. 15. Гладких Л.И., Малыхин С.В. Пугачев А.Т., Решетняк Е.Н., Глушкова Д.Б., Дьяченко С.С, Ковтун Т.П. Остаточные напряжения и струк- тура покрытий нитридов титана и хрома, по- лученных методом ионно-плазменного осаж- дения//Металлофизика. Новейшие технологии – 2003. – Т. 25. – № 6. – С. 763-776. 16. Knotek O., Lцfter F. and Krдmer G. Multiko- mponent and multilayer physically vapor depo- sited coatings for cutting tools//Surf. and Coat. Technol. – 1992. – Vol. 54/55. – C. 241-248. 17. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями.– М.: “Машиностроение”, 1993. – 336 с. 18. Кунченко Ю.В., Кунченко В.В., Неклю- дов И.М., Картмазов Г.Н., Андреев А.А. Сло- истые Ti-Cr-N покрытия, получаемые мето- дом вакуумно-дугового осаждения//ВАНТ, Сер.: Физ.рад. поврежд. и рад. материаловед. – 2007. – № 2 (90). – С. 203-214. Ю.В. КУНЧЕНКО, В.В. КУНЧЕНКО, Г.Н. КАРТМАЗОВ ФІП ФИП PSE, 2007, т. 5, № 1-2, vol. 5, No. 1-268 19. Veprek Stan, Veprek-Heijman Maritza G.J., Kar- vankova Pavla, Prochazka Ian. Different appro- aches to superhard coatings and nanocomposites. //Thin Solid Films. – 2005. –Vol. 476. – C.1-29. 20. Gleiter H. Nanostructured materials: basic con- cepts and microstructure//Acta Mater. – 2000. – Vol. 48. – Р. 1-29. 21. Кунченко Ю.В., Кунченко В.В. Модель фор- мирования слоистых покрытий методом ваку- умно-дугового осаждения//Физическая инже- нерия поверхности. – 2005. – Т. 3, № 3-4. – С. 203-211. ABOUT INCREASE OF RESISTANCE OF THE TOOL WITH NANOLAYER n-TiNx/CrNx COVERINGS DURING CUTTING Yu.V. Kunchenko, V.V. Kunchenko, G.N. Kartmazov Results of comparative test of the cutting instruments with nanolayered n-TiNx/CrNx coatings deposited by cathode-arc technique on the base of commercial alloys of titanium VТ1-0 and chromium VХ1-17 (with – 1,5 %V), in intercoupling with change of their pha- se-structured condition, microhardness (Hv), stipula- ted annealing in the vacuum and on air in the interval of temperatures 300 ÷ 750 °С are analyzed. It is shown that relative increasing stability of cutting in- strument with nanolayered n-TiNx/CrNx coatings ob- served in conditions of increased loads, temperatures, when processing hard-cutting materials is caused by phase hardening under annealing before 500 °С in con-sequence of the disintegration metastable (non identification) phases, non equilibrium hard solutions on the base of mutually soluble systems TiN-CrN-N, which are formed in conditions vacuum-arc deposition at temperatures ~ 400 ÷ 450 °С. ПРО ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ ІНСТРУМЕНТУ З НАНОШАРОВИМИ n-TiNx/CrNx ПОКРИТТЯМИ В ПРОЦЕСІ РІЗАННЯ Ю.В. Кунченко, В.В. Кунченко, Г.М. Картмазов Аналізуються результати порівняльних випро- бувань різального інструменту із наношаровими n-TiNx/CrNx покриттями, які здобуті методом вакуумно-дугового осадження на основі проми- слових сплавів титану ВТ1-0 і хрому ВХ1-17 (ле- гований – 1,5 ваг. % V), у взаємозв’язку зі зміна- ми їхнього фазово-структурного стану, мікротвер- дості (Hv), обумовлених відпалом у вакуумі й на повітрі в інтервалі температур 300 ÷ 750 °С. Вста- новлено, що відносне збільшення стійкості різа- льного інструменту з наношаровими n-TiNx/CrNx покриттями, яке спостерігається в умовах підви- щених навантажень, температур, при обробці важкооброблюваних матеріалів, обумовлено фа- зовим зміцненням при відпалюванні до 500 °С внаслідок розпаду метастабільних (не ідентіфіко- ванних) фаз, не рівноважних твердих розчинів на основі взаємно розчинних систем TiN-CrN-VN, які утворюються в умовах вакуумно-дугового осадження при температурах ~ 400 ÷ 450 °С. 22. Холлек Х. Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов. Справочник. – М.: “Металлургия”, 1998. – 319с. 23. Аксенов И.И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы. – Харьков.: ННЦ ХФТИ, 2005. – 212 с. 24. Кунченко В.В., Аксенов И.И. Формирование TiNx покрытий конденсацией плазмы низкого давления с положительным анодным паде- нием потенциала//ВАНТ, Сер.: Физ.рад. пов- режд. и рад. материаловед. (78) – 2000. – № 4. – С. 165-172. О ПОВЫШЕНИИ СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТА С НАНОСЛОЙНЫМИ n-TiNx /CrNx ПОКРЫТИЯМИ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ

О повышении стойкости инструмента с нанослойными N-TiNx/CrNx покрытиями в процессе резания

Institution

Similar Items