Диссертация (1173087), страница 14
Текст из файла (страница 14)
таблицу 2.6 области 3, 6, 9). Например, в указанныхобластях хрупкое разрушение режущего клина инструмента происходит либовследствие недостаточной хрупкой прочности при экстремальных значенияхдействующихнапряжений,либосвязанысявлениемползучести,динамической рекристаллизации и формирования фронта подповерхностныхтрещин.Впоследнеминструментальногослучаематериаласохраняютсясопротивлятьсянекоторыеползучестивозможностиприростетермомеханических нагрузок.
Для областей 1, 4, 7 напротив возможностиповышения сопротивляемости выше.В частности, в условиях резкого увеличения термомеханическихнагрузок на режущие кромки инструмента чрезвычайно важно предельноуменьшить вероятность разупрочнения инструментального материала впределах контактных зон.При использовании режущего инструмента и деталей с локальнымпокрытием предъявляются особые требования к условиям обработки,станочномуоборудованию,конструкциирежущегоинструмента,его90геометрии. Наиболее эффективно режущий инструмент с локальнымпокрытием работает в условиях, минимизирующих или исключающихнаростообразование,атакжеприскоростяхрезания,снижающихинтенсивность адгезионно-усталостных процессов.Одним из направлений повышения работоспособности покрытий длярежущегоинструментаидеталейявляетсяприменениелокальногодиффузионного покрытия в качестве эффективной промежуточной средымежду инструментальным и обрабатываемым материалами, (см.
рисунок 2.9и 2.10).а)б)основалокальноедиффузионноепокрытиеРисунок 2.9 – Структура локального диффузионного покрытия: а) –глубинная структура единичного локального элемента; б) – поверхностнаяструктура единичного локального элементаРисунок 2.10 – Изображение линейно упорядоченной совокупностилокальных элементов диффузионного покрытия на передней поверхностирежущей пластины91В соответствии с таким подходом, в работе сформулированы положенияоповышениидиффузионнымдолговечностипокрытиемрежущегоприинструментасохранениисзапасалокальнымпластичностиинструмента, согласно которым локальное покрытие должно: повышать жесткость инструментального материала, но при этомпрепятствовать поверхностному распространению трещин в покрытии,образующихся под воздействием термомеханических напряжений; обеспечить повышение сопротивляемости усталостному разрушению,особенно в условиях повышенных контактных напряжений, циклическогонагружения режущей части инструмента (операции прерывистого резания).Обобщениепреимуществячеистойструктурыизносостойкогодиффузионного покрытия на контактных площадках режущего инструмента,позволяет сформулировать их в виде следующих рабочих гипотез:1.
Локальное диффузионное покрытие, сравнительно со сплошнымпокрытием, обладает способностью к снижению напряжений, приходящихсяна локальные композиции покрытия с основой. Облегчению условий ихрелаксации,атакжекчастичнойкомпенсацииразностифизико-механических характеристик между инструментальным материалом илокальным покрытием, что снижает риск хрупкого разрушения режущегоклина инструмента при действии циклических нагрузок.2.
Преимущества локального диффузионного покрытия определяютсястепеньюсогласованияпредставленнойрежущимегопараметровклиномизспараметрамиинструментальногоосновы,материала,устанавливаемой экспериментально.На основе указанного подхода была сформулирована методикананесения локального диффузионного покрытия, разработано оборудованиеи технология для ее реализации.Ячеистое структурирование диффузионного покрытия не оказывает,сравнительно со сплошным покрытием, ощутимого влияния на качественныйсостав образующих его элементов. Существенное упрощение технологии92обработки поверхности достигается использованием в качестве материалапокрытияэлементовпотокасжатоговоздуха,активированногопрохождением через область коронного разряда при атмосферном давлении.При этом, в своей основе, состав покрытия определяется параметрами такназываемой стандартной атмосферы на уровне моря, для которой приняты[58] стандартное барометрическое давление воздуха р с = 760 мм рт.
ст. =101325 Па, стандартная температура Тс = 288,15 К, стандартная концентрацияnc = 25,4711024 м-3, стандартная плотность с = 1,225 кг/м3 при молярноймассе воздуха с = 28,96442 кг/кмоль и его примерном составе, включающем:N2 (78,084%), O2 (20,947%), Ar (0,934%), CO2 (0,034%), Ne (1,818 10-3 %), He(5,24 10-4 %), CH4 (2 10-4 %), Kr (1,14 10-4 %), H2 (5 10-5 %), Xe (8,7 10-6%),O3 ((2 7) 10-6 %).Наличие в воздухе молекулярных компонентов азота, кислорода исоединений углерода позволяет говорить о возможности вхождения в составпокрытия нитридов, оксидов и карбидов. Композиции образуются привзаимодействии с покрываемым материалом положительно или отрицательнозаряженных ионов N2+, N+, O2, O, CO2, CO и др. На рисунке 2.11 приведенаожидаемая принципиальная схема диффузионного покрытия, получаемоговоздействием активированного воздушного потока на основу, с условновыделенными границами послойной диффузионной самоорганизации иуказанием требований, предъявляемых к слоям.В соответствии с рабочими гипотезами сформулировано положение олокальном диффузионном покрытии, которое как и сплошное, в своихлокальных ячейках сплошности состоит: из тонкого переходного нано-слоя(ТПС); диффузионного слоя (ДС) и поверхностного нано-слоя (ПНС), причемкаждый из слоев имеет свои функции.Диффузионный слой (ДС) способствует росту запаса пластичностиинструмента и жесткости инструментального материала, что, в свою очередь,снижаетсклонностьформоустойчивостирежущегоиупругимклинаинструментапрогибамподкпотеревоздействием93термомеханических напряжений, возникающих при резании и, такимобразом, снижает вероятность хрупкого разрушения покрытия.СлоиРекомендуемыекомпозицииВажнейшиетребованияПНСОксидные соединенияМеО-О2FexO(x~0,84-0,96),Fe2О3,Fe3О4;WO2(δ);Co3O4(II,III),CoO(II),WO2,90;WO2,72;TiО,Ti2О и др.Соединения Ме-МеОW-WхO3n-2,Co-СохO3n-2,Ti-TiхO3n-2, Fe-FeхO3n-2и др.
1. Тр=Т2-Т1 0для пары«ОМ – ПНС»2. Max : HV, пДСТПСУпрочняющие фазыFeO(α); FeO(β),FeO(); WO3(α);WO3(β), WO3(), TiО(α), и др.Тр=Т2′-T2′′ 0для пар«ПНС – ДС»,«ДС– ТПС».Недопустимоеформированиефаз типа (Me)уOх,Me – W, Ti, Fe, Coи др.Рисунок 2.11 – Принципиальная схема слоев диффузионного покрытия:тонкийпереходнойнано-слой(ТПС);диффузионный(ПНС)повышаетслой(ДС);поверхностный нано-слой (ПНС)Поверхностныйнано-слойсопротивляемостьусталостному разрушению, особенно в условиях повышенных контактныхнапряжений и циклического нагружения режущей части инструмента(операции прерывистого резания).Тонкийпереходнойинструментальнымнано-слойматериалом,обеспечиваетсохраняяприсовместимостьэтомспрочностьинструментального материала.Диффузионное локальное покрытие может быть различным, посколькудля каждого материала формирование покрытия будет носить свойиндивидуальныйхарактер,взависимостиотхимическогосоставаинструментального материала, (см.
рисунок 2.11).Разработанная для этой технологии экспериментальная установка имеетуниполярную положительную корону. Количество положительных ионов,94порождаемых ионизацией атмосферных компонентов, обычно существеннопревышает количество отрицательных ионов (доминирующая азотнаякомпонента вообще электроположительна и не образует отрицательныхионов). Это является одной из причин использования в экспериментальнойустановкеуниполярнойположительнойкороны,формируемойвпривершинной области игольчатого электрода, играющего роль анода(нейтрализатора приходящих на него отрицательно заряженных частиц ввиде электронов и отрицательных ионов), находящегося под высокимположительным потенциалом.
Так называемый чехол коронного разряда,ограниченныйобластьюлавинныхпроцессов,непосредственнопримыкающей к вершине игольчатого электрода, содержит носители зарядаобоих знаков, тогда как дрейфовая область положительной короны,располагаемая за чехлом, доступна лишь для положительных ионов,пространственный заряд которых выполняет функцию регулятора процессаих поступления в эту область [59, 60].На рисунке 2.12 представлена принципиальная электрическая схемаразрядногопромежуткасположительнокоронирующимигольчатымэлектродом. Принципиальная электрическая схема данной установкипоказывает, что ток I газоразрядного промежутка замыкается через внешнююцепь, где в роли его носителей выступают свободные электроны,нейтрализующие заряд положительных ионов, поступающих на электрод.Неоднородностьвозникновенияполя,являющаясяуниполярногокоронногонеобходимымразряда,условиемприводитксосредоточению ионизационных процессов в так называемом чехле короны,непосредственнопримыкающемккоронирующемухарактеризуемому наличием сильного поля.I(х) = I-(х) + I+(х) = I-(0) = I+(d) = I;I-(х) = Iе(х) + Ii- (х) ≈ Iе(х);Ii- (х) « Iе(х); I-(d) = I+(0) = 0.электродуи95Рисунок 2.12 – Принципиальная электрическая схема разрядногопромежутка с положительно коронирующим игольчатым электродомВольт–ампернаяхарактеристикапромежутка, изображенного на рисункекоронирующегоразрядного2.12, приближенноследуетаналитической зависимости вида [59].,(2.1)мкА, L [мм]где:(2.2)– соответственно напряжение на разрядном промежутке инапряжение зажигания короны, кВ; α – экспериментально определяемыйбезразмерный коэффициент.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
