Упрочняющие покрытия режущего инструмента Упрочняющие покрытия режущего инструмента

Упрочняющие покрытия режущего инструмента

Упрочняющие покрытия используются с целью продления срока службы режущего инструмента. Они предотвращают абразивный износ сверл, коронок и фрез, существенно повышают эксплуатационные качества метчиков.
Упрочняющие покрытия режущего инструмента

Особенности применяемых материалов

Каждый сплав для производства режущего инструмента обладает преимуществами и недостатками: у быстрорежущих сталей высокая прочность, но твердость и теплостойкость не на высоте, а у режущей керамики, наоборот, твердость и теплостойкость замечательные, а вот прочностью похвастаться эти материалы не могут.

Повысить долговечность изделий позволяют износостойкие покрытия для режущего инструмента. Составы наносятся на поверхность продукции, кратно продлевают срок ее службы.

  • в 5–10 раз — при работе с конструкционными сталями;
  • в 4 раза — при работе с жаропрочными сталями;
  • в 1,5–2 раза — при работе с титановыми сплавами.
Примеры защитного покрытия на поверхности сверл Рис. 1 Примеры защитного покрытия на поверхности сверл

Какими параметрами должны обладать защитные составы?

Покрытия фрез, сверл и прочего режущего инструмента обязаны соответствовать следующим требованиям.

  • Стабильная плотность, сплошное распределение по всей поверхности инструмента.
  • Твердость выше твердости материала инструмента. Нельзя допустить схватываемость покрытия с материалом обрабатываемой поверхности при любых температурах резания.
  • Стабильность свойств покрытия независимо от времени использования инструмента.
  • Устойчивость к механическому воздействию и разрушению при любых характеристиках напряжения и температуры.
  • Совместимость основных свойств материала покрытия со свойствами инструмента.

Методы нанесения упрочняющего покрытия:

  • Chemical Vapour Deposition — метод химического осаждения (CVD);
  • Physical Vapour Deposition — метод физического осаждения (PVD).

Каждый метод имеет собственные преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки PVD и CVD

Нанесение защитного состава методом PVD – распространенная практика среди производителей. Покрытие режущего инструмента формируется благодаря применению тлеющего или дугового разряда. Это обеспечивает высокую скорость и качество обработки.

Преимущества PVD:

  • нанесение при щадящей температуре, минимальные требования к материалу-основанию;
  • широкая распространенность;
  • толщина покрытия – 5 мкм, что гарантирует сохранение остроты кромки.

Недостатки PVD:

  • высокие требования к навыкам персонала;
  • применение дорогостоящего оборудования.

Метод CVD построен на использовании высокочистых химических реагентов, предполагает исключительно точное дозирование химикатов.

Преимущества CVD:

  • возможность создания уникальных покрытий;
  • многослойное нанесение защитного состава, вплоть до 18 слоев.

Недостатки PVD:

  • высокий нагрев заготовки в процессе обработки;
  • риск образования хрупких фаз на поверхности инструмента;
  • значительная толщина покрытия, снижающая остроту рабочей кромки;
  • высокие требования к точности дозирования реагентов.

Каждый тип покрытий оптимален для определенного инструмента. Например, защита по методу CVD станет отличным решением для термостойких сверл, работающих с чугунами и легированными сталями. Для инструмента, взаимодействующего с листовым металлом и нержавейкой, больше подойдет покрытие PVD ввиду сохранения остроты рабочей части.

Твердый сплав

Наряду с перечисленными покрытиями производители применяют твердые сплавы. Они изготавливаются из карбида вольфрама и кобальтовой связки. Массовая доля первого превышает 80%. Материал получают путем прессования или экструзии. Изготовленные инструменты обладают высокой прочностью и температурной стойкостью.

Структура твердого сплава под микроскопом Рис. 2 Структура твердого сплава под микроскопом

Состав упрочняющих покрытий

Твердые материалы, применяемые в упрочняющих покрытиях, классифицируются по типу химической связи между атомами.

  • Металлическая: металлоподобные карбиды, силициды, бориды, нитриды переходных металлов.
  • Ковалентная: бор, алмаз, бориды, нитриды и карбиды бора, кремния и алюминия.
  • Ионная: оксиды бериллия, циркония, хрома, алюминия, титана.

К возможным парам карбид-карбид относятся: TiC-ZrC; VC-TaC; TiC-TaC; TiC-NbC; ZrC-TaC. Карбид-нитрид: VC-VN; VC-NbN; TiC-TiN; TiC-NbN; ZrC-NbN; ZrC-ZrN. Нитрид-нитрид: VN-NbN; TiN-NbN; TiN-ZrN; ZrN-NbN; TaN-CrN.

Нередко место в упрочняющих покрытиях находят соединения на основе нитридов или карбидов. Это обусловлено однородной структурой и простотой работы с материалом. Изменяя содержание азота, углерода и кислорода, можно корректировать механические и физические свойства покрытия, создавать оптимальные решения для инструментов всех групп.

Параметры типовых покрытий, применяемых производителями Таблица №1 Параметры типовых покрытий, применяемых производителями

Определить параметры покрытия, которым обработано сверло, можно по его цвету. Для получения подробной информации о способах идентификации защитных составов воспользуйтесь ссылкой.

Составы, применяемые для сверл и фрез

Защитные покрытия для сверл и фрез представлены следующими решениями.

  • AlCrN – хромонитрид алюминия.
  • AlCrSiN – нитрид алюминия-хрома-кремния.
  • TiAlN – нитрид титана, легированный алюминием.
  • TiAlCrSiN – нитрид титана-алюминия-хрома-кремния.

Покрытия наносятся методом напыления, формируют высокопрочный защитный слой. Возможно использование нанокомпозитных составов, сохраняющих устойчивость при нагреве до 1 400 градусов.

Многослойные покрытия

Многослойные, в частности, двухфазные покрытия — огромный шаг вперед в деле улучшения свойств режущего инструмента. Для таких покрытий важен характер взаимодействия фаз на границе раздела слоев. Существует три основных вида поверхностей раздела, выявленных в процессе исследований компактных материалов:

  • поверхности, слабо взаимодействующие между собой (свободные);
  • поверхности когерентные (полностью или частично согласованные);
  • поверхности, характеризующиеся смешанной (переходной) зоной.

Твердые металлоподобные вещества могут образовывать с металлами и иными металлическими материалами полусогласованные или же согласованные поверхности раздела. Нитриды и карбиды переходных металлов образуют согласованные поверхности раздела с диборидами. Такие поверхности характеризуются низкой энергией. На их основе создаются двухфазные или многослойные покрытия, основным достоинством которых становится значительно большая сопротивляемость износу, чем у однофазных решений.

Больше полезной информации
Полезные обзоры и статьи
Все статьи
Подписывайтесь на нас
Присылаем скидки на инструмент и только полезную информацию!
Не нашли нужной позиции в каталоге?
Мы готовы изготовить и поставить уникальные виды инструмента специально под ваш заказ!
Заказать
Брянск
Успешно
Ваш запрос отправлен.
Выбор города
Доставляем по всей России
?>