ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Одним из наиболее распространенных способов улучшения эксплуатационных характеристик режущего твердосплавного инструмента является нанесение на его поверхность функциональных покрытий. При этом, широкое распространение получили покрытия на основе карбида титана TiC. Достаточно высокий научный и практический интерес, с точки зрения формирования функциональных покрытий представляет технология диффузионной металлизации режущих инструментов, изготовленных из твердых сплавов, в расплавах Pb-Bi-Li-Ti, позволяющая многократно повысить их стойкость. Однако, влияние функциональных покрытий на основе карбида титана TiC на механические свойства твердых сплавов описано недостаточно полно. Цель работы: анализ влияния диффузионного насыщения режущего твердосплавного инструмента в среде Pb-Bi-Li-Ti на их механические характеристики. Методами исследования являлись испытания на макро- и микротвердость, исследования предела прочности при изгибе, ударной вязкости и вязкости разрушения. Результаты и обсуждение Выявлено, что сформировавшиеся функциональные диффузионные слои влияют на механические характеристики покрытых инструментов. При этом основное влияние на механические свойства покрытых изделий оказывала температура диффузионного насыщения и его длительность. При формировании диффузионных слоев толщиной до 5 мкм для сплавов группы ВК предел прочности при изгибе, ударная вязкость и вязкость разрушения плавно возрастают, при дальнейшем увеличении толщины происходит снижение вышеуказанных характеристик, для сплавов типа ТК толщина составляет 4 мкм. Было выявлено, что нанесение диффузионных титановых покрытий способно увеличить такие механические характеристики твердосплавного инструмента, как твердость (до 91 HRA), предел прочности при изгибе (для сплавов ТК 1380 МПа, для сплавов ВК 1875 МПа), ударную вязкость (для сплавов ТК – 2,99 кДж/м², для сплавов ВК – 5,97 кДж/м²) и вязкость разрушения (для сплавов ТК – 7,65 МПа, для сплавов ВК – 11,9 МПа).

1. Ильин А.А., Строганов Г.Б., Скворцова С.В. Покрытия различного назначения для металлических материалов: учебное пособие. – М.: Альфа-М: Инфра-М, 2013. – 144 с. – (Современные технологии. Магистратура). – ISBN 978-5-98281-355-8.

2. Григорьев С.Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента: учебник для студентов втузов. – М.: Машиностроение, 2011. – 368 с. – ISBN 978-5-94275-591-1.

3. Bobzin K. High-performance coatings for cutting tools // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. – 2017. – Vol. 18. – P. 1–9. – DOI: 10.1016/j.cirpj.2016.11.004.

4. Caliskan H., Panjan P., Curbanoglu C. Hard coatings on cutting tools and surface finish // Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Comprehensive Materials Finishing. – 2017. – Vol. 3. – P. 230–242. – DOI: 10.1016/B978-0-12-803581-8.09178-5.

5. Evolution of conventional hard coatings for its use on cutting tools / R. Haubner, M. Lessiak, R. Pitonak, A. Köpf, R. Weissenbacher // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2017. – Vol. 62. – P. 210–218. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2016.05.009.

6. High temperature oxidation and cutting performance of AlCrN, TiVN and multilayered AlCrN/TiVN hard coatings / Y.-Y. Chang, S.-Y. Weng, C.-H. Chen, F.-X. Fu // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 332. – P. 494–503. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.06.080.

7. Cardarelli F., Taxil P., Savall A. Tantalum protective thin coating techniques for the chemical process industry: molten salts electrocoating as a new alternative // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 1996. – Vol. 14, iss. 5–6. – P. 365–381.

8. Understanding the diffusion wear mechanisms of WC-10%Co carbide tools during dry machining of titanium alloys / C. Ramirez, A. Idhil Ismail, C. Gendarme, M. Dehmas, E. Aeby-Gautier, G. Poulachon, F. Rossi // Wear. – 2017. – Vol. 390–391. – P. 61–70. – DOI: 10.1016/j.wear.2017.07.003.

9. Платонов Г.Л., Аникин В.Н., Аникеев А.И. Изучение роста износостойких слоев из карбида титана на твердых сплавах // Порошковая металлургия. – 1980. – № 8 (212). – С. 48–52.

10. Диффузионные карбидные покрытия / В.Ф. Лоскутов, В.Г. Хижняк, Ю.А. Куницкий, М.В. Киндрачук. – Киев: Техника, 1991. – 168 с. – ISBN 5-335-00501-7.

11. Formation of Titanium Carbide (TiC) and TiC@C core-shell nanostructures by ultra-short laser ablation of titanium carbide and metallic titanium in liquid / A. De Bonis, A. Santagata, A. Galasso, A. Laurita, R. Teghil // Journal of Colloid and Interface Science. – 2017. – Vol. 489. – P. 76–84. – DOI: 10.1016/j.jcis.2016.08.078.

12. Titanium carbide coating with enhanced tribological properties obtained by EDC using partially sintered titanium electrodes and graphite powder mixed dielectric / Z.J. Xie, Y.J. Mai, W.Q. Lian, S.L. He, X.H. Jie // Surface and Coatings Technology. – 2016. – Vol. 300. – P. 50–57. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.04.080.

13. Effect of titanium carbide coating on the osseointegration response in vitro and in vivo / M. Bramaa, N. Rhodese, J. Hunte, A. Ricci, R. Teghil, S. Migliaccio, C.D. Rocca, S. Leccisotti, A. Lioi, M. Scandurra, G. De Maria, D. Ferro, F. Pu, G. Panzini, L. Politi, R. Scandurra // Biomaterials. – 2007. – Vol. 28, iss. 4. – P. 595–608. – DOI: 10.1016/j.biomaterials.2006.08.018.

14. On the effect of the substrate to target position on the properties of titanium carbide/carbon coatings / J. Daniel, P. Soucek, L. Zábranský, V. Buršíková, M. Stupavská, P. Vašina // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 328. – P. 462–468. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.06.076.

15. Balogh Z., Schmitz G. Diffusion in metals and alloys // Physical Metallurgy. – 5th ed. – Amsterdam: Elsevier, 2014. – Vol. 1. – P. 387–559. – DOI: 10.1016/b978-0-444-53770-6.00005-8.

16. Бобылёв Э.Э., Соколов А.Г. Элементно-фазовый состав и свойства диффузионных титановых покрытий на режущем твердосплавном инструменте типа ТК и ВК // Письма о материалах. – 2017. – Т. 7, № 3. – С. 222–228. – DOI: 10.22226/2410-3535-2017-3-222-228.

17. Sokolov E.G., Artem’ev V.P. Effect of pores in powder materials on the formation of titanium and chromium diffusion coatings // Metal Science and Heat Treatment. – 2002. – Vol. 44, N 9–10. – P. 459–459. – DOI: 10.1023/A:1021981401891.

18. Соколов А.Г., Бобылёв Э.Э. Влияние диффузионного титанирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов на работоспособность режущего твердосплавного инструмента типа ТК и ВК // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 4. – С. 46–59. – DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.4-46-59.

19. Chaevsky M. Comparison of methods of formation of protective coating from high-temperature liquid media // Metal Science and Heat Treatment. – 2001. – Vol. 43, N 11–12. – P. 446–466.

20. Патент 2451108 Российская Федерация, МПК С 23 C 10/26 (2006.01). Способ обработки инструмента из стали или твердого сплава / А.Г. Соколов, Мансиа Салахалдин. – Опубл. 20.05.2012, Бюл. № 14. – 5 с.

21. Патент 2521187 Российская Федерация, МПК С 23 С 10/18; С 23 С 2/04 (2006.01). Устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов / А.Г. Соколов. – Опубл. 27.06.2014, Бюл. № 18. – 8 с.