Диссертация (1173087), страница 4
Текст из файла (страница 4)
изплазмыэлектродуговогоразряда.Системывакуумно-дуговогоиспаренияприменяют на любое основание (инструментальный материал), включая,полутеплостойкие штамповые стали и керамику, т.к. в процессе синтезатемпературные данные могут варьироваться в очень широких пределах (100 ÷1000С).Преимущества метода физического осаждения покрытия:1.
метод позволяет синтезировать покрытия на основе одинарных,двойных, тройных систем нитридов, карбидов, боридов, силицидов и ихсмесей: (Ti, Cr)N; (Ti, Nb, Cr)N, (Ti, Nb, Cr)C;2. метод позволяет получать многослойные покрытия, имеющие болеесбалансированное соотношение таких важнейших характеристик, каквязкость, твердость; более устойчивых к разрушению при приложениициклических нагрузок; более высокую трещиностойкостью;3.
метод позволяет, имеет высокую производительность процесса ималую длительность синтеза покрытий относительно химического осажденияпокрытия (CVD).Однако метод физического осаждения покрытия имеет недостатки,такие как:- в процессе испарения металла (особенно с низким атомным весом – Ti,Al), образуется капельная фаза из материала катода, которая осаждается наповерхность покрытия и снижает его качество;- в процессе конденсации покрытия, как на кромках, так и наповерхности режущего инструмента, возникают микродуги, приводящие кэрозии (электроэрозии), а острые режущие кромки могут скруглиться, т.е.произойти процесс охрупчивания.191.2.3 Ионная имплантацияСреди эффективных методов улучшения физических, механических ихимических свойств поверхностного слоя одно из лидирующих местзанимает ионная имплантация, представляющая собой ионно-вакуумнуютехнологию [2].Сущность метода ионной имплантации состоит в бомбардировкеповерхности инструментального материала ионами, имеющими энергиюоколо 5 40кВ, в результате которой происходит внедрение ионов и атомовлегирующего элемента.
Эффект упрочнения достигается как за счет ростаплотностидефектовкристаллическогостроенияинструментальногоматериала, закрепления этих дефектов атомами легирующих элементов, так иза счет формирования дополнительного количества мелкодисперсныхкарбидных, нитридных и интерметаллических структур. Следует отметить,что технология ионной имплантации является наиболее перспективной сточки зрения создания композиционных материалов с оптимальным наборомповерхностных свойств.Внедрение элементов, таких как N2 и C, влияет на механическиесвойства поверхности.
При этом искажается кристаллическая решетка иповышается твердость. Границы зерен оксидов и границы дислокационныхблоковпредставляютсобойканалыбыстройдиффузиидляимплантированных атомов. Ионная имплантация – когда в материалеодновременно идет окисление и появляются напряжения. В результатенаблюдается следующие эффекты упрочнения:1. Внедрение, на глубину до 700нм бомбардируемых ионов, врезультате чего образуется мелкодисперсное упрочнение фазы (нитридная,карбидная, карбонитридная и т.д.);2. в результате мгновенного разогрева и охлаждения происходитмикрозакалка, с образованием типичных закалочных структур;3. происходит диссоциация основных элементов, входящих в составвоздуха, их мгновенная ионизация с последующим насыщением поверхности20ионами, повышенной подвижности (N+, O+, C+).
В результате происходитповышение твердости на 30 40% и износостойкости;4. возможность получения практически любой комбинации «носитель –легирующий элемент, или легирующие элементы»;5. простота управления ионным пучком и возможность обработкилокальных участков поверхности;6. отсутствие коробления деталей даже малой жесткости.Своеобразенмеханизмизнашиваниярежущегоинструментаизбыстрорежущей стали.Изнашивание упрочненного слоя глубиной до 700нм наступает быстро,уже на стадии приработанного изнашивания.Ионная имплантация позволяет увеличить стойкость инструмента в 1,5 4 раза без увеличения радиуса скругления режущих кромок, что чрезвычайноважно для чистовых операций обработки резанием.Технико-экономическая оценка этого эффекта в зависимости от режимаобработки показала, что имплантация наиболее целесообразна при чистовыхрежимах.Недостатком метода ионной имплантации является сложность игромоздкость оборудования.1.2.4 Лазерное термоупрочнениеВнастоящеетермическихвремяметодовприменяютупрочнениядостаточноповерхностимного-локальныхгазотермический,газопламенный, светолучевой, электродуговой, плазменный, индукционный,которые позволяют повысить прочность, твердость и износостойкостьповерхностного слоя и в целом стойкость режущего инструмента.
Каждая изтехнологий локального термического упрочнения имеет свои преимущества инедостатки,которыеопределяютобласти ее применения [27, 28].эффективныетехнико-экономические21Химическое осаждение позволяет получать на подложке локальнуюметаллизацию сложных очертаний с малыми размерами, исчисляемыминесколькими микрометрами.По сравнению с перечисленными локальными методами лазерноетермоупрочнениережущегоинструментаотличаетсяследующимисущественными преимуществами:˗ более высокая степень локальности обработки и прецизионности вдозированном вложении энергии в упрочняемую деталь при термическойобработке позволяет сохранить геометрические размеры упрочняемогорежущего инструмента в микронном поле допуска и избежать последующеймеханической обработки;˗высокиескоростинагреваиохлаждения(~103 ˗105°С/с)обеспечивают более высокую твердость и износостойкость поверхностногослоя;- термическая обработка без оплавления поверхности может применятьсякак финишная операция и после нее не требуется последующая механическаядоводка - шлифование;˗процесслазерногоупрочнениядостаточнолегкоподдаетсяавтоматизации [27, 28].Среди вышеперечисленных методов лазерное упрочнение обеспечиваетнаибольшее повышение износостойкости.
Упрочнение поверхности прилазерной обработке основано на эффекте автозакалки, т. е. быстрого нагрева иохлаждения поверхностного слоя. Лазерное термоупрочнение поверхностногослоя может осуществляться непрерывным или импульсным излучением надвух режимах: без оплавления или с оплавлением поверхностного слоя.Импульсное лазерное упрочнение позволяет получить более высокоеприращение твердости поверхностного слоя, но меньшую глубину [28].Лазерная обработка поверхности металлов и сплавов относится клокальнымметодамтермическойобработкиспомощьювысококонцентрированных источников нагрева.
В этой связи лазерный луч22как источник нагрева при термической обработке материалов имеет черты,свойственные всем другим высококонцентрированным источникам, а такжеи свои перечисленные ниже особенности и преимущества.1.Высокая концентрация подводимой энергии и локальностьпозволяют производить обработку только поверхностного участка материала,без нагрева остального объема и нарушения его структуры и свойств, чтоприводиткминимальномукороблению.Врезультатеочевидныэкономические и технологические преимущества. Кроме того, высокаяконцентрация подводимой энергии позволяет провести нагрев и охлаждениеобрабатываемого объема материала с большими скоростями при очень маломвремени воздействия.
В результате получаются уникальные структуры исвойства обработанной поверхности.2.Возможность регулирования параметров лазерной обработки вшироком интервале режимов позволяет разработать обширный ряд методовповерхностной лазерной обработки, причем в каждом методе можно легкорегулировать структуру поверхностного слоя, его свойства, такие кактвердость, износостойкость, шероховатость, а также геометрические размерыобработанных участков и др.3.Отсутствие механических усилий на обрабатываемый материалдает возможность обрабатывать хрупкие конструкции.4.Возможность обработки на воздухе, легкость автоматизациипроцессов, отсутствие вредных отходов при обработке и т.д.
определяютвысокую технологичность лазерного луча.5.Возможность транспортировки излучения на значительныерасстояния и подвода его с помощью специальных оптических систем втруднодоступные места позволяет производить обработку в тех случаях,когда другие, в том числе и с помощью высококонцентрированныхисточников нагрева, применить невозможно.Одним из перспективных способов повышения стойкости режущегоинструмента для металлообработки является импульсное лазерное упрочнение23рабочих кромок. Лазерное упрочнение (закалка) позволяет существенно повыситьмикротвердость,режущейтеплостойкость,кромкиинструмента,изностойкостьчтоявляетсяповерхностногохорошейслояпредпосылкойповышения стойкости инструмента [28].Несмотрянапримерыуспешногопримененияпроцессатермоупрочнения импульсными лазерами этот метод имеет ряд недостатков.1.следованиянизкая производительность, обусловленная малой частотойимпульсовсовременныхлазерныхустановокималымиразмерами лазерного пятна;2.малая глубина упрочнения из-за ограниченной длительностиимпульса;3.неравномерностьсвойствповерхности,обусловленнаянеравномерной плотностью энергии в пятне, а также «чешуйчатостью»строения поверхности, наличием зон отпуска, что в ряде случаев непозволяет получить хорошие эксплуатационные свойства.Применениеимпульсноголазерногоизлучениядляупрочнениярежущего инструмента из быстрорежущей стали.Существенный недостаток метода – нарушение исходной шероховатостиповерхностногослоятребуетпроведениядополнительнойфинишноймеханической обработки.1.2.5 Электроискровое упрочнение.Упрочнение резьбового инструмента осуществляют методом нанесенияизносостойкого покрытия в виде электроискрового легирования на режущуюповерхность инструмента.
Инструмент для нарезания резьбы устанавливаютвспециальнуюоснастку,изготовленнуюизвысокотемпературныхматериалов. Покрытие наносят на всю длину передней режущей поверхностив виде полосы шириной Н=(2,0-2,5)h от линии вершин резьбового профиля,где h - высота резьбового профиля, и толщиной слоя 35-70 мкм при24обеспечении повышенного отвода тепла от вершин резьбовых режущихпрофилей. В результате уменьшаются материальные и энергетическиезатраты на изготовление, и повышается срок службы резьбонарезныхинструментов [1, 2].Сущность метода заключается в следующем:происходит насыщение поверхности легирующими элементами1.илиихсоединениямиприповерхностныхслоевинструментальногоматериала на глубину до 0,5мм, в результате чего происходит повышениетвердостибыстрорежущейстали,снижаетсясклонностькфизико-химическому взаимодействию с обрабатываемым материалом и такимобразом повышается износостойкость инструментального [21];Вследствие очень короткого времени нагрева локальных слоев2.инструментального материала и их мгновенного охлаждения происходитсвоеобразная закалка приповерхностных слоев, в результате которыхпроисходит повышение твердости и износостойкости инструментальногоматериала.Преимущество заключается в том, что нанесение износостойкогопокрытия в виде полосы на переднюю режущую поверхность в 2-3 разасокращает площадь покрытия, образуя сплошной слой покрытия иминимальные остаточные внутренние напряжения.Принцип метода заключается в воздействии на рабочую поверхностьинструмента индентором, который состоит из твердых сплавов группы ВК(ВК3, ВК4) или тугоплавких металлов 4 ˗ 6 групп (Ti, V, Cr, W).Врезультатеэлектроискровыхразрядовпроисходитнасыщение(легирование) поверхности инструментального материала, элементами изкатода, повышающими твердость и износостойкость инструментальногоматериала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
