Obrabotka Metallov. 2016 no. 2(71)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (71) 2016 63 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ в пять раз наблюдается также и при нанесении покрытия на режущий инструмент, изготовлен- ный из твердого сплава ВК8, но уже при темпе- ратуре 1100 ºС и длительности выдержки 60 мин (рис. 2, б ). Стойкость непокрытых пластин была принята за 100 %. Получаемые по данной технологии покрытия состоят из двух слоев – поверхностного и пере- ходного. Поверхностный слой, формирующийся вследствие диффузии углерода к титану, наблю- дается на поверхности твердого сплава даже без травления (см. рис.1). Поверхностный слой характеризуется высо- кой твердостью, которая в 1,3…1,5 раз превы- шает твердость покрываемого твердого сплава и зависит от режимов предварительной цемен- тации, процесса металлизации – температуры и длительности, а также от состава покрываемо- го сплава. Так, микротвердость поверхностных слоев покрытий, получаемых при оптимальных с точки зрения стойкости режимах диффузион- ного насыщения, на твердом сплаве Т15К6 при температуре 1000 ºС длительностью 30 мин со- ставляет 24 100 МПа, что в 1,3 раза выше твер- дости основы, а на сплаве ВК8 при температу- ре 1100 ºС длительностью 60 мин составляет 24 750 МПа, что в 1,4 раза выше твердости ос- новы (рис. 4). Между поверхностным слоем и материа- лом основы формируется переходный слой. Переходный слой характеризуется наличием в нем карбидов титана и элементов покрываемо- го материала, что свидетельствует о том, что формирование данного слоя осуществляется за счет гетеродиффузии между элементами покрытия и эле- ментами покрываемого мате- риала. Переходный слой обла- дает большей твердостью, чем твердость основы, но мень- шей, чем твердость покрытия. При этом твердость переход- ного слоя переменна по его сечению и постепенно снижа- ется от поверхностного слоя к матрице (см. рис.4). Толщина и твердость переходного слоя покрытия, так же как и поверх- ностного, зависит от режимов предварительной цементации, процесса металлизации, а также от состава по- крываемого сплава. Как показывают результа- ты исследований, большое влияние на состав и свойства переходного и поверхностного слоев оказывает концентрация углерода в поверхност- ных слоях покрываемого твердого сплава, полу- чаемая предварительной цементацией. Выбор режима предварительной цемента- ции существенно влияет на твердость покры- тия и, как следствие, на стойкость режущего твердосплавного инструмента. Установлено, что повышение стойкости режущего инстру- мента наблюдается как при относительно низких (950 ºС), так и при высоких (1150 ºС) температурах цементации. При этом повыше- ние температуры цементации приводит к ро- сту концентрации углерода в цементованном слое, что связано с увеличением растворимо- сти углерода в кобальтовой связке при росте температуры предварительной цементации. Так, при увеличении температуры, вследствие насыщения поверхностных слоев углеродом, наблюдается возрастание твердости пластин. Это происходит за счет использования при формировании покрытия углерода, получен- ного при цементации, вместо углерода матери- ала-основы. Нанесение покрытий без предва- рительной цементации приводит к снижению твердости инструмента. Диффузионное ти- танирование проводилось при температуре 1000 ° С, при этом падение твердости инстру- мента составляет три единицы по шкале HRA (рис. 3). Однако увеличение концентрации углерода в покрываемом материале влечет Рис. 3. Влияние предварительной цементации на твердость твердосплав- ного инструмента