CC BY
50
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 621.91:621.793:669.018.45
А.А. РЫЖКИН, В.В. ЗОТОВ, Д.П. ГЛОБА, Ф.А. ВИСТОРОПСКАЯ
ТРИБОХИМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ВЛИЯНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗНОС ПРИ РЕЗАНИИ
Расчетами теплоты реакций окисления карбидов и нитридов ряда металлов как элементов износостойких покрытий определена вероятность образования соответствующих оксидов базовых металлов в условиях резания. Для оценки эффективности покрытий из нитридов, карбидов и алюминидов, образующихся оксидов впервые вводится показатель защитности (коэффициент объема) соединения, экспериментальные данные окисления чистых металлов, двойных сплавов, в том числе и алюминидов, позволяют считать, что эффективность использования алюминидов Д Fe, Си, Nb, Zr, N коррелирует с значениями их показателей защитности. Исследования резания твердых сплавов с покрытиям ТС, Ш и А1203 на воздухе и в атмосфере азота подтвердили эффективность этих покрытий при замедлении (торможении) трибохимических реакций на контакте.
Ключевые слова: износостойкие покрытия, трибохимические реакции, показатели защитности покрытий, износостойкость твердых сплавов с покрытиями.
Введение. Резервы повышения износостойкости инструментов на операциях формообразования изменением объемных свойств инструментльных материалов в значительной мере исчерпаны. Требования практики в современных условиях производства сводятся к оптимальному сочетанию объемных (высокой механической прочности, ударной вязкости, теплопроводности) и поверхностных (высокой твердости, износостойкости, красностойкости, низкой способности к схватыванию и др.) свойств материала и инструмента.
Удовлетворить таким противоречивым требованиям возможно лишь образованием на традиционных инструментальных материалах искусственных поверхностных слоев, обладающих не-
у— и ■ т V
обходимым комплексом свойств, - тонкослойных износостойких покрытий. К числу таких свойств, прежде всего, следует отнести их высокую твердость, антифрикционные свойства, химическую устойчивость и инертность, трещиностойкость, способность эффективно противостоять динамическим нагрузкам при резании. Эти свойства в принципе могут изменить условия контактного взаимодействия при трении в процессе резания.
Наряду с механическими, геометрическими, теплофизическими и другими свойствами кон-тактируемых тел эти условия зависят и от среды, где осуществляется трение. Внешняя газовая среда изменяет основные параметры процесса трения - износ, силы (моменты) трения, шероховатость поверхностей трущихся тел, и обусловливает протекание процесса нормального механикохимического износа, когда возникающие на контакте тонкопленочные вторичные структуры являются следствием совместного действия диффузионных процессов и химических реакций, активированных деформацией и температурой [1].
Влияние кислорода на износ в условиях трения установлено давно, и систематический обзор выполненных в этом направлении исследований при трении и резании широко представлен в литературе [1, 2, 18, 28, 31]. Из опубликованных источников следует, что на контактных площадках твердосплавных инструментов после резания образуются оксиды WO3, WО2, ТЮ2, С2О, причем в наибольшей степени окисляются однокарбидные твердые сплавы. Меньше подтверждены окислению быстрорежущие стали; на их поверхностях после резания и окисления нагреванием в печи рентгенографически обнаружены, кроме основных фаз, и оксиды железа Рв3О4 и Рв2О3 [2].
Практика последних лет показала, что износ твердосплавного и быстрорежущего инструмента отчасти определяется трибоокислительными диффузионными процессами, в том числе протекающими на контактных площадках инструментов с покрытиями (или в его верхнем слое, если покрытие многослойное) [1-3, 5, 7, 9-13, 16, 18, 28].
Ю.Г. Кабалдин [3] считает, что на поверхности пластин из быстрорежущей стали с покрытием ZrN образуются оксиды Т12О3 и ZrО2, обладающие высокой энергоемкостью и смазочными свойствами, благодаря чему снижается износ быстрорежущего инструмента.
М.Ш. Мигранов [10], изучая трибологические свойства спеченного материала (20% Т1С+80% Р6М5), получил увеличение стойкости инструментов за счет образования на поверхно-
сти инструмента оксида титана TiO, имеющего большую энергию Гиббса (AG=-72,58 кДж/моль). М.Ю. Куликов, А.В. Стариков и А.В. Антипин [5] после точения на воздухе сталей 45 и 12Х18Н10Т резцами из Р18 и Р6М5 обнаружили оксиды железа и показали, что охлаждение зоны резания минеральным маслом в сравнении с укринолом увеличивает стойкость, так как масляная среда блокирует доступ кислорода к поверхностям инструмента. А.А. Андреев и С.Н. Григорьев [11] отмечали высокую эффективность покрытия (Ti, Al)N, обусловленную образованием на поверхности покрытия при высоких температурах резания смазочного слоя А12О3, который защищает покрывающий слой от дальнейшего окисления. По мнению этих авторов, слой TiO2, образующийся при окислении покрытия TiN, такой защиты не обеспечивает. Кроме этого, А12О3 стабильнее TiO2 (теплота их образования соответственно составляет 954 и 765 кДж/моль).
Ю.Г. Гуревич [16], насыщая азотом сплавы Т15К6 и Т30К4 при их взаимодействии с 70% AIN и 30% А12О3, получал при зенкеровании стали 45 увеличение стойкости инструмента в 2,1-2,4 раза, так как AlN обладает большим сродством к кислороду и даже при небольших парциальных давлениях при резании образует защитный слой из А12О3.
Л.Ш. Шустер, М.Ш. Мигранов и С.М. Минигалеев [12], исследовав износостойкость резцов из ТТ8К6 при обработке стали 40Х с ионоплазменными покрытиями (TiCr)N, TiAlCN и (AlTi)N, получили наилучшие результаты для покрытия (Ti, Al)N. Минимум зависимости «интенсивность изнашивания - скорость резания» для этих покрытий при температуре около 600°С авторы предположительно объясняют тем, что при таком температурном режиме «на контакте происходят трибохимические реакции с образованием вторичных структур». В другой публикации [9] эти авторы представили наилучшие показатели стойкости, температур и сил резания для покрытий (Ti, Al)N и (AlTi)N за счет «формирования пленок вторичных структур в виде рутила (TiO2), а также оксидов и карбонитридов тугоплавких элементов».
При изучении фазового состава дуплексного покрытия TiN с поверхностным слоем из перфторполиэфира при точении и фрезеровании стали 40Х инструментом из Р6М5 установлено [13] обогащение поверхности кислородом при переходе от стадии приработки к стадии нормального износа за счет трибоокисления TiN; «образование кислородсодержащего соединения на основе титана действует как щит, который защищает поверхность».
Tакже М.Ш. Мигранов, Л.Ш. Шустер и Г.С. Фукс-Рабинович представили результаты изучения износостойкости четырехгранных пластин сплава TT8K6 с покрытиями (TiAl)N при резании стали 40Х [25]. Эффективность покрытия по сравнению с обычными твердыми сплавом больше всего повышается при высоких (более 300 м/мин) скоростях резания за счет снижения трибоокисления поверхности твердого сплава. Авторы на поверхностях изношенных пластин обнаружили оксиды TiO и А12О3 и считают, что оксидные пленки на поверхности инструмента с покрытием (TiAl)N являются смесью окисида алюминия и рутила, но только слой оксида алюминия является защитным [25, с.28].
Стоит упомянуть ту работу В.В. Руднева [27], где в виде термохимических расчетов показано, что карбиды титана, ванадия и циркония с широкой областью гомогенности, образующие при растворении в их решетках кислорода устойчивые оксикарбиды, при взаимодействии с кислородом образуют оксиды соответствующих металлов с выделением и свободного углерода и азота.
Представленная информация позволяет сделать следующие заключения:
- выдвинутая в прошлом веке гипотеза окислительного изнашивания при контактном взаимодействии в условиях трения и резания по последним данным получила экспериментальное подтверждение и дальнейшее развитие;
- зафиксированное рядом исследователей наличие оксидов в структуре износостойких покрытий различного состава, снижает интенсивность изнашивания инструментальных материалов. Постановка задачи. Проанализировать устойчивость применяемых в настоящее время составов износостойких покрытий к образованию оксидов, составляющих их структуры при действии высоких температур, дать оценку показателей защитности этих оксидов, нитридов и алюминидов в целях выбора оптимального состава самих покрытий.
Трибохимические реакции на поверхностях износостойких покрытий в условиях резания. Составы износостойких покрытий, наносимых на режущие пластины для повышения
стойкости инструмента, в порядке их появления можно расположить в следующий ряд [1-19, 26,
28, 32-34]:
- карбидные - ТС, ZrC, НС;
- нитридные - Ш, ZrN, НИ, СгЫ, ^гМ;
- оксидные - А12О3;
- окси-карбо-нитридные - TiC - ™ - А12О3;
- карбонитридные - ТО, (Т - Zr)CN, (Л - Al)CN;
- нитридные типа (Ме1, Me2)N: (Т1А1)М, (Т1Сг)М, (Т1А1Сг)М, (Т - Fe)N, (Ti - Zr)N, TiSiN, AlTiCrN, AlTiCгN - SiзN4, (TiAlCu)N, (TiZгCu)N;
- многослойные: ТО - ШгЫ - Ш; TiZгN - TiN - Шг1Ч; TiN - TiZгN - т
Из представленных данных следует, что в «конструкциях» износостойких покрытий наблюдается тенденция формирования рабочего слоя покрытий (или верхнего, если покрытие многослойное) из нитридов алюминия, циркония, кремния или нитридов двойных и тройных систем: Т - А1, Т - Fe, Т - Zг, Т1 - Si, Т1 - А1 - Си, А1 - Т1 - Сг, Т - Zг - Си и др.
Анализ известных нам литературных данных по окислению металлов и сплавов, физикомеханическим свойствам тугоплавких соединений показывает, что входящие в структуру износостойких покрытий алюминий, цирконий, титан и кремний, а также их оксиды, карбиды и нитриды обладают уникальным антикоррозионными, защитными и термодинамическими свойствами [20, 22-24, 29-30, 36, 38-40].
Рассмотрим взаимодействие покрытий разного состава с внешней средой в условиях трибоокислительных процессов на контакте в условиях резания и их связь с износом твердых сплавов.
При окислении карбидов и нитридов тугоплавких элементов (основных компонентов износостойких покрытий) могут образовываться окиси и закиси металлов и окиси и закиси углерода и азота. Как известно из химической термодинамики [19, 21, 35, 36], вероятность протекания реакции определяется величиной теплоты реакции образования соединения АН298: чем больше абсолютная величина этого параметра, тем вероятнее протекание реакция с образованием данного конечного продукта.
В таблице приведены известные составы однослойных карбидных, нитридных, карбонит-ридных, а также верхних слоев композиционных покрытий, состоящих, как правило, из смеси нитридов, титана (базовый нитрид), нитридов хрома, циркония, железа и алюминия.
Термохимические и термодинамические характеристики продуктов окисления составляющих структуры износостойких покрытий
Номер реакции Покрытие (верхний слой) Наивыгоднейшие реакции с кислородом воздуха Типы оксида Расчетная теплота реакции, кДж/моль
1 2 3 4 5
1 ТІС Т!С+202=ТЮ2+С02 ТІО2 -1147,3
2 ZrC ZrC+2O2=ZrO2+СO2 ZrO2 -1192,0
3 ZrC ZгC+3/2O2=ZгO+CO2 ZrO -1304,3
4 У X НГС+202=НГО2+ СО2 НГС>2 -1168,8
5 ТІМ Ш+3/202= ТЮ2+1ЧО ТІО2 -1314,0
6 ZrN ZгN+O2=Zг 02+1/2Ы2 ZrO2 -1505,0
7 - « - ZгN+1/2O2= Zr O+1/2N2 ZrO -1117,8
8 HfN+O2= HfO2+1/2N HfO2 -1131,2
9 - « - HfN+2O2=HfO2+NO2 НГС>2 -1057,3
10 (ТІАІ)М 2AlN+5/2O2=AІ2Oз+2NO АІ2О3 -2430,0
11 (Шг)М ZгN+O2=ZгO2+1/2N2 ZrO2 -1505,0
12 - « - ZгN+1/2O2=ZгO+1/2N2 ZrO -1117,8
13 (ТіСг)М CГ2N+O2 = CГ2O3 + NO2 СГ2О3 -957,8
Окончание таблицы
1 2 3 4 5
14 - « - 2СгЫ+5/202=Сг203+2/3М02 СГ203 -960,6
15 - « - 2СгЫ+3/202=Сг20э+М2 СГ203 -1667,0
16 - « - Сг2Ы+3/202=Сг20э+1/2Ы2 СГ203 -1410,5
17 (та)ы 1/3SiзN2+4/302=Si02+2/3N02 Si02 -570,4
18 (Т1Рв)Ы 3/2Рв2М+202=Ре304+3/4Ы2 Feз04 -1698,0
19 - « - Fe2N+3/202=Fe20з+1/2N2 Fe20з -1206,3
20 (ШгСи)Ы 1/3CuзN+ 1/20*+Си0+1/6№ Си0 -259,5
21 - « - 2/3CuзN + 1/202+Си20+1/3^ Си20 -363,7
В графе 3 таблицы представлены те реакции из возможных, значение теплоты образования которых найдены нами по закону Гесса [21] и оказались максимальными по абсолютной величине. Так, при окислении ТС имеет место образование двух типов оксидов титана - ТЮ и ТЮ2, окиси и закиси углерода. Для оксида Т02 по реакции 1 (графа 3) выделяется С02, а расчетная теплота реакции составляет ЛН298 =-1147,3 кДж/моль. При образовании оксида СО по реакции ТС+3/202=ТЮ2+С0 расчетная теплота реакции ЛН298 =-869,1 кДж/моль; для реакции ТС+3/202=ТЮ+С02 с образованием оксида ТЮ теплота ЛН298 =-722 кДж/моль. Сравнение значений для этих реакций с табличными (ЛН298 =-1147,3 кДж/моль) указывают на то, что такие реакции маловероятны. Как отмечалось [27], при окислении кристаллов с ГЦК типом решетки (ТС, ZiC, VC, кроме СгС) возможно, кроме образования оксидов типа МеО2, и выделение свободного углерода согласно реакции: ТС+О2=ТЮ2+С.
Найдём её теплоту согласно закону Гесса:
ЛН298 = ЛНТЮг + ЛНС - ЛНТЮ - ЛНО =-1469,1 кДж/моль.
Подставляя в уравнение для вычисления общей теплоты реакции стандартные значения теплоты образования конечных продуктов реакции (ЛНТЮ , ЛНС) и вычитая из них значения теплоты образования исходных продуктов (ЛНТ1С,ЛН^2) [21, 27, 37], получаем:
ЛН298 =-(944+715,6)-(-190,5+0)=-1469,1 кДж/моль.
Сравнивая расчётное значение с табличными (графа 5) для оксида титана, видим, что при окислении ТС вероятна реакция образования рутила ТЮ2 с выделением углерода. Аналогичные результаты получены для окисления ZrC, NbC и НС.
Из данных таблицы следует, что при окислении для одно- и многослойных покрытий (верхний слой) характерно образование соответствующих оксидов:
- для покрытий, содержащих титан (ТС, ^), вероятно образование оксидов ТЮ2 (рутила)
(с значениями теплоты образования ЛН^98 =-1147,3 и -1314 кДж/моль);
- содержащих Zr - образование ZrO2 (ЛН^98 =-1192 и -1505 кДж/моль);
- содержащих И - оксид гафния НГО2 (реакции 4 и 8).
При окислении нитрида алюминия образуются оксиды А1203, имеющие теплоту реакции образования ЛН^98 = - 2430 кДж/моль (реакция 10, графа 5).
Таким образом, с точки зрения термодинамических условий (максимальная теплота образования окислов) при резании на поверхностях карбидных, нитридных и композиционных покрытий вероятно образование соответсвующих оксидов ТЮ2, ZrO2, ZrO, Н20, Сг203, Fe2O3, А1203. Эти результаты подтверждаются экспериментальными данными изучения фазового состава оксидов на покрытиях [3, 5, 10-13, 16, 25, 27].
О показателе защитности оксидных слоев. Необходимо упомянуть ещё об одном показателе свойств оксидных пленок - коэффициенте объема (показателе защитности); эти два термина
имеют одинаковые «права гражданства» как в отечественной [20, 23, 36, 42], так и в зарубежной литературе [25, 27, 31, 32].
Показатель защитности оксида ф равен отношению молекулярного объёма оксида к атомному объёму металла, образующего этот оксид [24, 25], и характеризует пористость оксидной плёнки [20, 23]:
хо у
ф=-А^, ш
ЛУ Шe
где МУШео - молекулярный объём соединения, см3 ; Л¥Ше - атомный объём металла, см3.
Если объём оксида (площадь его поверхности) меньше объёма (площади) исходного металла (ф < 1), то отмечается улучшение диффузии атомов кислорода к границе раздела «металл -первичная пленка оксида» и увеличивается толщина пленки оксида при встречной диффузии ионов металла.
С другой стороны, за счёт интенсификации процесса окисления объёма (площади) слой оксида может быть настолько велик, что вызовет растрескивание и отслаивание пленки: ф>>1 [23-25]. Считается [23], что при ф<1 пленка оксида обладает максимальными защитными свойствами. Однако ф<1 имеют оксиды металлов с малым атомным весом [23, 24], не представляющие практического значения для наших условий.
Параметр ф поддается точному расчету. Для этого необходимо знать тип кристаллической решетки соединения (оксид, карбид, нитрид), плотность металла и оксида, число молекул оксида в элементарной ячейке, молекулярную массу соединения.
ПРИМЕР. Найти коэффициент защитности ф оксида Fe0, образующегося при окислении
железа.
Исходные данные:
- тип оксида - Fe0;
- тип кристаллической решетки - №С1 (ГЦК) а = 4,3 А (4,3-10"8 см);
- плотность металла - =7,87 г/см3;
- объём элементарной ячейки - У= (а-10"8 см)3= 4,3-10"24 см3;
- число молекул оксида Fe0 в элементарной ячейке п=4 [41].
Примечание. Количество атомов (молекул) в элементарной ячейке зависит от типа кристаллической решетки [26, 41]:
для ОЦК - п=2 СП, V, Сг, Nb, Мо, Та, W, Fe);
ГЦК - п=4 (А1, Fe, №, Си);
ГПУ - п=6 (Л, Со, Zr, Н1).
- молекулярная масса Fe0 равна сумме атомных масс железа и кислорода:
Fe0 = /^0+^0=55,85+16=71,85 г/моль.
Расчет коэффициента защитности
1. Определяется плотность оксида
р =--------------£5° =-------------------—-------------------------------------------------— =--- = 6,00 г/см3.
ре0 Ыл ■ V 0,602 ■ 1024 ■ 4,3 -10“24 0,602 ■ 4,33
Здесь Ыл - число Авогадро, Ыл = 0,602 -1024 моль-1.
2. Вычисляем молекулярный объём окисла Fe0:
_ МFeo 71,85
' FeO
МУРе0 = = 12,0 см3.
Р FeO 6
3. Атомный объем Fe принимаем из литературных источников [22, 24]:
АУРе = 7,1 см3.
4. Рассчитываем коэффициент защитности Fe0:
ф = MУFeo = 12,0 = 17 фFeO — — — 1,7 .
ЛУFe 7,1
Примечание. При расчете показателя ф по формуле (1) необходимо оба объема соединения (МУМ& и АУ^) отнести к эквивалентному количеству металла [24]. Так, для оксида алюминия Д!203 имеем:
MV,
Al2O3
ф ^2°3 2 AV,
Al
25,6
2,1
= 1,28 .
По изложенной методике были рассчитаны коэффициенты ф для оксидов, образование которых возможно при окислении покрытий разного состава, согласно данным приведенной таблицы, а также для карбидов, нитридов и алюминидов, пленки которых являются «конструктивными элементами износостойких покрытий» (рис.1).
Рис.1. Показатели защитности оксидов, карбидов, нитридов, алюминидов металлов и боридов
На рис.1 приводятся результаты расчетов показателей ф для оксидов, карбидов, нитридов и алюминидов как элементов износостойких покрытий, а также для боридов (для сравнения). Анализ графиков рис.1 позволяет сделать предварительные выводы:
- наилучшие результаты показателя защитности имеют оксиды титана, алюминия, ниобия, циркония, меди, гафния, кремния и хрома (ф =1,01-2,02);
849
- наименьшие значения ф характерны для нитридов элементов, используемых в качестве однослойных покрытий или компонентов в покрытиях многослойных - от HfN до AIN (ф=1,01-1,3);
- по показателю ф карбиды занимают промежуточное положение между оксидами и нитридами - от СгС до NbC (ф= 1,01-1,23);
- из алюминидов по минимальному значению показателя ф эффективными следует считать соединения с показателем защитности ф=1,3-2,0, в том числе HfAl, ZrAI, TiAI.
Соединения с наименьшими значениями показателя ф (как обеспечивающие сплошность пленки и тормозящие её рост при резании) демонстрируют их высокую эффективность в пленочных конструкциях: оксиды титана, алюминия; карбиды Zr, Cr, Ti, Hf; нитриды Hf, Zr, TiN. Поэтому показатель защитности пленки ф может служить единой из характеристик трибологических свойств.
В свете рассматриваемой проблемы представляется необходимым изучить интересный класс двухфазных систем алюминидов (TiAl, NiAl, Cr2AI, ZrAI, Nb2AI, FeAl, CuAI и Ti2AI) в целях использования их в качестве слоев износостойких покрытий.
Анализ кинетических кривых окисления. Исходя из принятых посылок и полученных результатов, по показателю защитности ф можно косвенно прогнозировать поведение пленок рассмотренных соединений и в условиях контактного взаимодействия.
Однако предварительно целесообразно рассмотреть устойчивость к процессу газовой коррозии в условиях резания некоторых двухфазных систем, состоящих из тугоплавких элементов [50], прежде всего алюминидов (TiAI, ZrAI, NiAI, FeAI, NbAI), а также традиционных тугоплавких коррозионностойких соединений (Ti-Cr, Ti-Cu, Fe-Cu, Ti-Fe, Nb-Cu, Zr-Cu, Ti-Zr). Для этого мы использовали параметры окисления двойных соединений [50].
Расчетные данные по их газовой коррозии в координатах «привес образца - время нагрева» представлены серией графических материалов как результат обработки табличных данных [40].
Графики построены по значениям привеса сплавов в зависимости от времени выдержки при нагреве до конкретной температуры (рис.2) и в зависимости от содержания второго элемента в сплаве (например, для сплава Nb-AI для построения графика (рис.3) использованы значения для чистых Nb и А1 и их сплавов Nb+10%AI, Ti+30%AI, Nb+50%AI, Nb+70%AI и Nb+90%AI).
m
2
S
• 10“8 , Г2/CM4
Рис.2. Кинетические кривые окисления чистых металлов [42] 850
Чистые металлы (рис.2) в диапазоне температур нагрева 600-800 °С (время нагрева 3 ч) по сопротивляемости газовой коррозии (окалиностойкости) располагаются ориентированно в такой последовательности (самый окалиностойкий - первый элемент в этом ряду): А1, №, Сг, Si, Т^ Си, Zr, Nb, Н, Fe.
Скорость окисления сплавов на базе этих элементов зависит от ряда факторов, и определяется [42] различными показателями:
- характером диффузных процессов кислорода и катионов металла в пленке оксида при ее формировании;
- влиянием примесей;
- полиморфным превращением оксидов в процессе окисления;
- испарением оксидов;
- влиянием субоксидов (твердых растворов кислорода в металле до образования валентных оксидов)и др.
По этим причинам построенные кинетические кривые окисления двойных сплавов есть суперпозиции параболического и линейного законов окисления.
т
S
■ 10~8, г2/см4
7,2-103 14,4 103 t, с
Рис.3. Кинетические кривые окисления сплава 1\1Ь - А1 при температуре нагрева Т=700 °С [42]
Анализ кинетических кривых окисления двойных сплавов показал следующее.
1. Наиболее окалиностойкие сплавы:
Ті+(30-70)% АІ Fe+(30-70)% АІ Си+(30-90)% АІ Nb+(70-90)% АІ Zr+(70-90)% АІ Ті+(10-50)% Сг
(Т< 800 °С);
(Т< 500-900 °С);
(Т< 500-900 °С);
(Т=600-700 °С);
(Т< 700 °С);
(Т=500-900 °С);
2. Сплавы ^+(2-5)% Zr эффективны при малых значениях времени выдержки; ^+Си эффективен в композиции ^+(5-30)% Си в диапазоне температур 500-700 °С.
851
сплав
2
3. Алюминид №+(10-70)% А1 окалиностоек в диапозоне температур 500-600 °С;
4. Двойные сплавы ^+(10-90)% Fe, Fe+(5-90)% Си, Nb+(5-50)% Си не составляют конкуренции алюминидам других элементов даже при средней температуре нагрева 500 °С.
Сравнивая показатели защитности ф пленок карбидов, нитридов, оксидов и алюминидов с кинетическими кривыми окисления, видим наличие корреляции между величиной показателя защитности и их (карбидов, нитритов и др.) эффективностью в качестве компонентов [1-17].
Представленный на рис.1 ряд нитридов металлов от HfN до Си^ (ф= 1,01-1,57) практически весь может быть использован для формирования композиционных покрытий. В настоящее время в практике инструментального производства используется только ^ и ZrN.
Оксидные фазы (рис.1), по-видимому, следует учитывать только с ф<2,0, т.е. от ТЮ до Сг2О3 (в практике металлообработки используются защитные свойства только оксидов титана, алюминия и циркония).
Карбиды ТС, ZrC применяют сегодня как первичный слой композиционных покрытий (ф=1,15-1,25), но реально возможно применение карбидов всего ряда (рис.1), исключая WC как термически неустойчивый при высоких температурах (окалиностойкость его низка).
Что касается алюминидов, то мы впервые установили корреляционную связь между показателем ф защитности алюминидов и их окалиностойкостью (по кинетическим кривым окисления), что в первом приближении может служить и критерием износостойкости (эффективности) композиционного покрытия с верхним слоем из алюминидов. Это предположение требует экспериментальной проверки.
Экспериментальные результаты изучения влияния покрытий на трибоокислительные процессы и износостойкость. Влияние скорости на интенсивность изнашивания изучали для твердых сплавов при точении стали 45 твердосплавными пластинами двухкарбидных сплавов ТЫ35 (покрытие "П1\1) и ТС52 (покрытие "П1\1) польского производства.
/•КГ8, мкм/км
6
0
1 ... \ и Г
) Г / „2
V У / 3
^4
№—] _
2 4 6 8 и , м/с
Рис.4. Зависимость интенсивности изнашивания при точении стали 45 (/=0,5 мм; 5=0,21 мм/об) от покрытий ТІС и ™: 1 - сплав TN35 (без покрытия); 2 - сплав ТС52 (без покрытия); 3 - сплав TN35 (покрытие ™); 4 - сплав ТС52 (покрытие ТІС)
Рис.5. Зависимость интенсивности изнашивания твердых сплавов при точении стали 45 (/=0,5 мм; 5=0,21 мм/об) от покрытия Т1С и АЬОз: 1 - слав 1025-Р25 (без покрытия); 2 - сплав 1025-Р25 (с покрытием ТС); 3 - сплав GC025 (без покрытия); 4 - сплав GC025 (с покрытием ТС + А^Оз)
Проводили две серии экспериментов: пластины имели покрытия Т1С и Ш; покрытия предварительно удалялись с пластин шлифованием.
Покрытия Т1С и Ш снижают интенсивность изнашивания J (рис.4) и сдвигают оптимальную скорость в зону больших скоростей по сравнению с обычными сплавами, покрытие с которых удалено. Резание осуществляли в атмосфере спокойного воздуха, поэтому в качестве одной из предварительных причин эффективности покрытия является торможение ими трибоокислительных реакций в контактной зоне.
4
2
В условиях продольного точения исследовали износостойкость твердых сплавов фирмы Sandvic Согота^ марки GC025 (см. рис.5) с композиционным покрытием ^С+А1203 (верхний слой
- А12О3) в обычных условиях и с удалённым покрытием с контактных площадок пластин.
Как видно из рис.5, покрытие Т^+А1203 уменьшает износ, и интенсивность изнашивания становится минимальной J в зоне гораздо больших скоростей резания, сдвигая ее (эту зону) примерно на одну скоростную ступень. Оказывают влияние защитные свойства оксида А12О3, который препятствует трибоокислению твердого сплава в процессе резания (показатель защитности А12О3 имеет минимальное значение ф=1,26, см. рис.1).
Прямым доказательством влияния покрытия на торможение трибоокислительных реакций при резании являются эксперименты по изучению износа на воздухе и при обдуве азотом зоны резания для твердосплавных пластин обычных и с удалённым слоем покрытия (рис.6).
а) б)
Рис.6. Влияние состава атмосферы на износ твердых сплавов в зависимости от пути резания L: а - сплав ТЫ35 (у=2,9 м/с; ґ=0,5 мм; £=0,3 мм/об) - 1, 3 - резание на воздухе; 2, 4 - резание в среде N2; 1, 2 - сплав ТЫ35 без покрытия; 3, 4 - сплав ТЫ35 с покрытием ТіС; б - сплав ТС52 (у=5,2 м/с; ґ=0,5 мм; £=0,21 мм/об) - 1, 3 - резание на воздухе; 2, 4 - резание в среде №;
1, 2 - сплав ТС35 без покрытия; 3, 4 - сплав ТС35 с покрытием ТіС
При наличии покрытия атмосфера не дает статистически значимой разницы в износе (воздух и азот) (кривые 3 и 4 на рис.6,а,б): так, при резании в азотной атмосфере износ пластин без ТіС и ^ меньше (кривые 1 и 2), что служит прямым доказательством влияния покрытий на торможение трибоокислительных реакций на контакте при резании.
Выводы. 1. Исследованиями подтверждено влияние оксидных, карбидных и нитридных покрытий на трибоокислительные реакции в условиях резания на основе анализа термодинамических характеристик реакций окисления покрытий в воздушной атмосфере.
2. Применяемые покрытия, содержащие ТіС, Ш, ТО, (Шг^ и (ТіАІ)^ высокоэффективны, потому что образующиеся на них оксиды Ті02, ZrO и А12О3 термодинамически устойчивы (максимальные значения потенциала Гиббса) при тепловых воздействиях в условиях резания.
3. Критерием эффективности покрытий может служить впервые используемый нами показатель защитности ф, который для исследованных структур имеет минимальные значения и может быть оценен теоретически.
4. Исследования кинетики окисления двойных сплавов тугоплавких элементов, в том числе и алюминидов, подтвердили их высокую коррозионную стойкость.
5. Установлена корреляционная связь показателя защитности пленок оксидов, нитридов, карбидов и алюминидов с результатами кинетики окисления, и косвенно - с показателем работоспособности инструментальных материалов с покрытиями в условиях резания.
6. Экспериментами по изучению износа твердых сплавов с покрытиями и без них в воздушной и защитной средах (азот) доказано прямое влияние покрытий ТЮ, ^ и ТЮ+А12О3 на торможение трибоокислительных реакций в условиях резания.
7. Полученные данные могут быть использованы при «конструировании» новых, до сих пор не использованных, составов композиционных покрытий.
Библиографический список
1. Рыжкин А.А. Теплофизические процессы при изнашивания инструментальных режущих материалов: учеб. пособие / А.А. Рыжкин. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2005. - 310 с.
2. Рыжкин А.А. Синергетика изнашивания инструментальных режущих материалов / А.А. Рыжкин. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2004. - 322 с.
3. Кабалдин Ю.Г. Повышение работоспособности режущей части инструмента из быстрорежущей стали / Ю.Г. Кабалдин // Вестн. машиностроения. - 1996. - №6. - С.27-32.
4. Табаков В.П. Исследование износостойких покрытий режущего инструмента, полученных с применением составных катодов / В.П. Табаков // СТИН. - 1996. - №3. - С.14-17.
5. Куликов М.Ю. Роль трибоокислительных процессов в изнашивании и разрушении инструмента при резании материалов / М.Ю. Куликов, А.В. Стариков, А.В. Антипов // Трение и износ. -2000. - Т.21. - №6. - С. 644-649.
6. Рыжкин А.А. Перспективы методов упрочнения и восстановления свойств поверхности инструмента / А.А. Рыжкин, В.В. Илясов, М.М. Алиев // Материалы 7-й междунар. практ. конф.-выставки «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки». 12-15.04.2005. - СПб.: Изд-во политехн. ун-та. - 2005. - С.345-353.
7. Козлов А.А. Об устойчивости гетерогенных реакций окисления на контактных поверхностях быстрорежущего инструмента при механической обработке металлов / А.А. Козлов, Н.Г. Дементьев // Вестн. машиностроения. - 2005. - №4. - С.57-61.
8. Табаков В.П. Многослойные покрытия инструмента в условиях прерывистого резания / В.П. Табаков, А.А. Ермольев // СТИН. - 2005. - №7. - С.21-24.
9. Мигранов М.Ш. Износостойкость режущего инструмента с многослойными покрытиями / М.Ш. Мигранов, Л.Ш. Шустер // Трение и износ. - 2005. - Т.26. - №3. - С.304-307.
10. Мигранов М.Ш. Исследование изнашивания инструментальных материалов и покрытий с позицией термодинамики и самоорганизации / М.Ш. Мигранов // Изв. вузов. Машиностроение. -2006. - №11. - С.65-70.
11. Андреев А.А. Износостойкие вакуумно-дуговые покрытия на основе титана в инструментальном производстве / А.А. Андреев, С.Н. Григорьев // СТИН. - 2006. - №2. - С.19-24.
12. Шустер Л.Ш. Исследование износостойкости режущих инструментов с износостойкими покрытиями / Л.Ш. Шустер, М.Ш. Мигранов, С.М. Минигалеев [и др.] // Трение и смазка в машинах и механизмах. - 2007. - №5. - С.32-84.
13. Мигранов М.Ш. Износостойкость и трибологические свойства покрытий для режущего инструмента / М.Ш. Мигранов, А.Ш. Махлитова // Вестн. машиностроения. - 2007. - №11.
- С.43-46.
14. Маслов А.Р. Перспективные высокие технологии / А.Р. Маслов // Приложение. Справочник. Инженерный журн. - 2008. - №1. - 24 с.
15. Табаков В.П. Влияние состава нитридных покрытий на тепловое и напряженное состояние режущего инструмента и интенсивность его износа / В.П. Табаков, А.В. Чихранов // СТИН. - 2009.
- №10. - С.20-26.
16. Гуревич Ю.Г. Поверхностное азотирование твёрдых сплавов на основе карбида титана / Ю.Г. Гуревич // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2009. - №9. - С.28-29.
17. Верещака А.С. Некоторые тенденции совершенствования технологической производственной среды / А.С. Верещака // СТИН. - 2005. - №8. - С.2-18; СТИН. - 2005. - №9. - С.9-14.
18. Рыжкин А.А. Обработка материалов резанием: физические основы / А.А. Рыжкин. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 1995. - 241 с.
19. Крестовников А.Н. Химическая термодинамика / А.Н. Крестовников, В.Н. Вигдорович. - М.: Металлургия, 1973. - 256 с.
20. Термодинамические свойства неорганизованных веществ: справочник; под. ред. А.П. Зе-фирова. - М.: Атомиздат, 1965. - 460 с.
21. Карапетянц М.Х. Химическая термодинамика / М.Х. Карапетянц. - М.: Химия, 1975.
- 584 с.
22. Термодинамические свойства веществ: справочник / В.Н. Рябин, М.А. Остроумов, Т.Г. Свит. - Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1977. - 389 с.
23. Войтович Р.Ф. Окисление карбидов и нитридов / Р.Ф. Войтович. - Киев: Наук. думка, 1981.
- 192 с.
24. Кубашевский О. Окисление металлов и сплавов / О. Кубашевский, Б. Гопкинс. - М.: Металлургия, 1965. - 428 с.
25. Мигранов М.Ш. Износостойкие покрытия с прогнозируемой адаптацией при трении / М.Ш. Мигранов, Л.Ш. Шустер, Г.С. Фукс-Рабинович // Трение и смазка в машинах и механизмах.
- 2010. - №1. - С.25-29.
26. Ван Флек Л. Теоретическое и прикладное материаловедение; пер. с англ. / Л. Ван Флек. -М.: Автоматизация, 1975. - 472 с.
27. Руднева В.В. Термоокислительная устойчивость нанопорошков тугоплавких карбидов и боридов / В.В. Руднева, В.В. Галевский // Изв. вузов. Черная металлургия. - 2007. - №4.
- С.20-24.
28. Рыжкин А.А. Влияние внешней среды на износ твёрдых сплавов / А.А. Рыжкин, А.И. Боков,
В.В. Зотов [и др.] // Вестник ДГТУ. - 2010. - Т.10. - №1. - С.112-120.
29. Окисление металлов. Теоретические основы. Т.1; пер. с франц. / под ред. Г.С. Викторовича. - М.: Металлургия, 1968. - 498 с.
30. Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов / Ю.Р. Эванс; пер. с англ. - М.: Машгиз, 1962.
- 560 с.
31. Носовский И.Г. Влияние газовой среды на износ металлов / И.Г. Носовский. - Киев: Техника, 1968. - 181 с.
32. Верещака А.С. Повышение эффективности резания труднообрабатываемых материалов с применением инструмента с наноструктурным износостойким покрытием / А.С. Верещака, А.И. Анников, А.В. Дачева // Технология машиностроения. - 2010. - №3. - С.17-22.
33. Краткий каталог. Путеводитель по покрытиям 2008 (Выставка фирмы Р1АТГТ).
34. Фалькевский В.А. Твердые сплавы / В.А. Фалькевский, Л.И. Клячко. - М.: Изд. дом «Руда и материалы», 2005. - 411 с.
35. Пригожин М. Современная термодинамика / М. Пригожин. - М.: Мир, 2002. - 462 с.
36. Физико-химические свойства окислов: справочник; под ред. Г.В. Самсонова. - М.: Металлургия, 1978. - 471 с.
37. Соляков В.К. Введение в химическую термодинамику / В.К. Соляков. - М.: Изд-во «Химия», 1974. - 220 с.
38. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов / Н.П. Жук. - М.: Металлургия, 1976. -472 с.
39. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов / Н.Д. Томашов. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - 591 с.
40. Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения / Г.В. Самсонов, И.М. Винницкий. - М.: Металлургия, 1976. - 558 с.
41. Шаскальская М.П. Кристаллография / М.П. Шаскальская. - М.: Высш. шк., 1984. - 385 с.
42. Войтович Р.Ф. Высокотемпературное окисление металлов и сплавов: справочник; под ред. И.Н. Францевича / Р.Ф. Войтович, Э.И. Головко. - Киев: Наук. думка, 1980. - 295 с.
References
1. Ryjkin A.A. Teplofizicheskie processy pri iznashivaniya instrumental'nyh rejuschih materialov: ucheb. posobie / A.A. Ryjkin. - Rostov n/D: Izdatel'skii centr DGTU, 2005. - 310 s. - in Russian.
2. Ryjkin A.A. Sinergetika iznashivaniya instrumental'nyh rejuschih materialov/ A.A. Ryjkin. -Rostov n/D: Izdatel'skii centr DGTU, 2004. - 322 s. - in Russian.
3. Kabaldin Yu.G. Povyshenie rabotosposobnosti rejuschei chasti instrumenta iz bystrorejuschei stali / Yu.G. Kabaldin // Vestn. mashinostroeniya. - 1996. - №6. - S.27-32. - in Russian.
4. Tabakov V.P. Issledovanie iznosostoikih pokrytii rejuschego instrumenta, poluchennyh s primeneniem sostavnyh katodov / V.P. Tabakov // STIN. - 1996. - №3. - S.14-17. - in Russian.
5. Kulikov M.Yu. Rol' tribookislitel'nyh processov v iznashivanii i razrushenii instrumenta pri re-zanii materialov / M.Yu. Kulikov, A.V. Starikov, A.V. Antipov // Trenie i iznos. - 2000. - T.21. - №6. - S. 644-649. - in Russian.
6. Ryjkin A.A. Perspektivy metodov uprochneniya i vosstanovleniya svoistv poverhnosti instrumenta / A.A. Ryjkin, V.V. Ilyasov, M.M. Aliev // Materialy 7-i mejdunar. prakt. konf.-vystavki «Teh-nologii remonta, vosstanovleniya i uprochneniya detalei mashin, mehanizmov, oborudovaniya, instrumenta i tehnologicheskoi osnastki». 12-15.04.2005. - SPb.: Izd-vo politehn. un-ta. - 2005. - S.345-353.
- in Russian.
7. Kozlov A.A. Ob ustoichivosti geterogennyh reakcii okisleniya na kontaktnyh poverhnostyah bystrorejuschego instrumenta pri mehanicheskoi obrabotke metallov / A.A. Kozlov, N.G. Dement'ev // Vestn. mashinostroeniya. - 2005. - №4. - S.57-61. - in Russian.
8. Tabakov V.P. Mnogosloinye pokrytiya instrumenta v usloviyah preryvistogo rezaniya / V.P. Tabakov, A.A. Ermol'ev // STIN. - 2005. - №7. - S.21-24. - in Russian.
9. Migranov M.Sh. Iznosostoikost' rejuschego instrumenta s mnogosloinymi pokrytiyami / M.Sh. Migranov, L.Sh. Shuster // Trenie i iznos. - 2005. - T.26. - №3. - S.304-307. - in Russian.
10. Migranov M.Sh. Issledovanie iznashivaniya instrumental'nyh materialov i pokrytii s poziciei termodinamiki i samoorganizacii / M.Sh. Migranov // Izv. vuzov. Mashinostroenie. - 2006. - №11. -S.65-70. - in Russian.
11. Andreev A.A. Iznosostoikie vakuumno-dugovye pokrytiya na osnove titana v instrumen-tal'nom proizvodstve / A.A. Andreev, S.N. Grigor'ev // STIN. - 2006. - №2. - S.19-24. - in Russian.
12. Shuster L.Sh. Issledovanie iznosostoikosti rejuschih instrumentov s iznosostoikimi pokrytiyami / L.Sh. Shuster, M.Sh. Migranov, S.M. Minigaleev [i dr.] // Trenie i smazka v mashinah i meha-nizmah. - 2007. - №5. - S.32-84. - in Russian.
13. Migranov M.Sh. Iznosostoikost' i tribologicheskie svoistva pokrytii dlya rejuschego instrumenta / M.Sh. Migranov, A.Sh. Mahlitova // Vestn. mashinostroeniya. - 2007. - №11. -
S.43-46. - in Russian.
14. Maslov A.R. Perspektivnye vysokie tehnologii / A.R. Maslov // Prilojenie. Spravochnik. Inje-nernyi jurn. - 2008. - №1. - 24 s. - in Russian.
15. Tabakov V.P. Vliyanie sostava nitridnyh pokrytii na teplovoe i napryajennoe sostoyanie rejuschego instrumenta i intensivnost' ego iznosa / V.P. Tabakov, A.V. Chihranov // STIN. - 2009. - №10. -S.20-26. - in Russian.
16. Gurevich Yu.G. Poverhnostnoe azotirovanie tverdyh splavov na osnove karbida titana / Yu.G. Gurevich // Uprochnyayuschie tehnologii i pokrytiya. - 2009. - №9. - S.28-29. - in Russian.
17. Vereschaka A.S. Nekotorye tendencii sovershenstvovaniya tehnologicheskoi proizvodstven-noi sredy / A.S. Vereschaka // STIN. - 2005. - №8. - S.2-18; STIN. - 2005. - №9. - S.9-14. - in Russian.
18. Ryjkin A.A. Obrabotka materialov rezaniem: fizicheskie osnovy / A.A. Ryjkin. - Rostov n/D: Izdatel'skii centr DGTU, 1995. - 241 s. - in Russian.
856
19. Krestovnikov A.N. Himicheskaya termodinamika / A.N. Krestovnikov, V.N. Vigdorovich. - M.: Metallurgiya, 1973. - 256 s. - in Russian.
20. Termodinamicheskie svoistva neorganizovannyh veschestv: spravochnik; pod. red. A.P. Zefi-rova. - M.: Atomizdat, 1965. - 460 s. - in Russian.
21. Karapetyanc M.H. Himicheskaya termodinamika / M.H. Karapetyanc. - M.: Himiya, 1975.
- 584 s. - in Russian.
22. Termodinamicheskie svoistva veschestv: spravochnik / V.N. Ryabin, M.A. Ostroumov, T.G. Svit. - L.: Himiya. Leningr. otd-nie, 1977. - 389 s. - in Russian.
23. Voitovich R.F. Okislenie karbidov i nitridov / R.F. Voitovich. - Kiev: Nauk. dumka, 1981. -192 s. - in Russian.
24. Kubashevskii O. Okislenie metallov i splavov / O. Kubashevskii, B. Gopkins. - M.: Metallurgiya, 1965. - 428 s. - in Russian.
25. Migranov M.Sh. Iznosostoikie pokrytiya s prognoziruemoi adaptaciei pri trenii /
M.Sh. Migranov, L.Sh. Shuster, G.S. Fuks-Rabinovich // Trenie i smazka v mashinah i mehanizmah. -2010. - №1. - S.25-29. - in Russian.
26. Van Flek L. Teoreticheskoe i prikladnoe materialovedenie; per. s angl. / L. Van Flek. - M.: Avtomatizaciya, 1975. - 472 s. - in Russian.
27. Rudneva V.V. Termookislitel'naya ustoichivost' nanoporoshkov tugoplavkih karbidov i boridov / V.V. Rudneva, V.V. Galevskii // Izv. vuzov. Chernaya metallurgiya. - 2007. - №4.
- S.20-24. - in Russian.
28. Ryjkin A.A. Vliyanie vneshnei sredy na iznos tverdyh splavov / A.A. Ryjkin, A.I. Bokov, V.V. Zotov [i dr.] // Vestnik DGTU. - 2010. - T.10. - №1. - S.112-120. - in Russian.
29. Okislenie metallov. Teoreticheskie osnovy. T.1; per. s franc. / pod red. G.S. Viktorovicha. -M.: Metallurgiya, 1968. - 498 s. - in Russian.
30. Evans Yu.R. Korroziya i okislenie metallov / Yu.R. Evans; per. s angl. - M.: Mashgiz, 1962. -560 s. - in Russian.
31. Nosovskii I.G. Vliyanie gazovoi sredy na iznos metallov / I.G. Nosovskii. - Kiev: Tehnika, 1968. - 181 s. - in Russian.
32. Vereschaka A.S. Povyshenie effektivnosti rezaniya trudnoobrabatyvaemyh materialov s pri-
meneniem instrumenta s nanostrukturnym iznosostoikim pokrytiem / A.S. Vereschaka, A.I.
Annikov, A.V. Dacheva // Tehnologiya mashinostroeniya. - 2010. - №3. - S.17-22. - in Russian.
33. Kratkii katalog. Putevoditel' po pokrytiyam 2008 (Vystavka firmy PLATIT). - in Russian.
34. Fal'kevskii V.A. Tverdye splavy / V.A. Fal'kevskii, L.I. Klyachko. - M.: Izd. dom «Ruda i ma-terialy», 2005. - 411 s. - in Russian.
35. Prigojin M. Sovremennaya termodinamika / M. Prigojin. - M.: Mir, 2002. - 462 s. - in Russian.
36. Fiziko-himicheskie svoistva okislov: spravochnik; pod red. G.V. Samsonova. - M.: Metallurgiya, 1978. - 471 s. - in Russian.
37. Solyakov V.K. Vvedenie v himicheskuyu termodinamiku / V.K. Solyakov. - M.: Izd-vo «Himiya», 1974. - 220 s. - in Russian.
38. Juk N.P. Kurs teorii korrozii i zaschity metallov / N.P. Juk. - M.: Metallurgiya, 1976. - 472 s.
- in Russian.
39. Tomashov N.D. Teoriya korrozii i zaschity metallov / N.D. Tomashov. - M.: Izd-vo AN SSSR, 1960. - 591 s. - in Russian.
40. Samsonov G.V. Tugoplavkie soedineniya / G.V. Samsonov, I.M. Vinnickii. - M.: Metallurgiya, 1976. - 558 s. - in Russian.
41. Shaskal'skaya M.P. Kristallografiya / M.P. Shaskal'skaya. - M.: Vyssh. shk., 1984. - 385 s. -in Russian.
42. Voitovich R.F. Vysokotemperaturnoe okislenie metallov i splavov: spravochnik; pod red. I.N. Francevicha / R.F. Voitovich, E.I. Golovko. - Kiev: Nauk. dumka, 1980. - 295 s. - in Russian.
Материал поступил в редакцию 08.10.2010.
A.A. RYZHKIN, V.V. ZOTOV, D.P. GLOBA, F.A. VISTOROPSKAYA
TRIBOCHEMICAL ASPECT OF THE EFFECT HARD ALLOYS METAL ON DETERIORATION AT CUTTING
Warmth calculations of carbides and nitrides oxidation of some metals as elements of wearproof coverings define probability of formation corresponding oxide base metals under the cutting conditions. Proofness indicator (volume factor) of connections is introduced for the first time to estimate efficiency of coverings from nitrides, carbides and aluminides, formed oxides, under the cutting conditions. Experimental data of oxidation of pure metals, double alloys, including aluminides, allow to consider that the efficiency of aluminides of Ti, Fe, Cu, Nb, Zr, Ni, correlates with their proofness indicators values. Research of cutting firm alloys with coverings of TiC, TiN and Al2O3 in the air and in nitrogen atmosphere have confirmed efficiency of these coverings under the retardation (shortstop) of tribochemical contact reactions .
Key words: wearproof coverings, tribochemical reactions, coverings proofness indicators, wear resistance of firm alloys with coverings.
РЫЖКИН Анатолий Андреевич (р.1938), заведующий кафедрой «Инструментальное производство» ДГТУ, доктор технических наук (1985), профессор (1986). Окончил РИСХМ (1960) по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструмент».
Область научных интересов - управление термодинамическими процессами в зоне резания в целях повышения работоспособности режущих инструментов.
Имеет 7 авторских свидетельств и патентов.
Автор 367 научных работ, в том числе 8 монографий.
ЗОТОВ Владимир Викторович (р.1966), доцент кафедры «Инструментальное производство» ДГТУ, кандидат технических наук (1999). Окончил РИСХМ (1990) по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструмент».
Область научных интересов - оптимизация процесса при трении и резании материалов в условиях одно- и многоинструментальной обработки на основе термодинамических критериев.
Автор 13 публикаций.
ГЛОБА Дмитрий Павлович (р.1984), начальник отдела фирмы «МОСКИТ». Окончил РГУ (2005). Область научных интересов: повышение долговечности режущих инструментов.
ВИСТОРОПСКАЯ Флора Александровна, старший преподаватель кафедры «Литье и художественная обработка металлов» ДГТУ. Окончила ДГТУ (1999) по специальности «Машины и технология литейного производства».
Область научных интересов - САПР литейного производства, износостойкость композиционных материалов и покрытий.
Автор 12 публикаций.
Anatoly A. RYZHKIN (1938), Head of the Tools Production Department, Don State Technical University. PhD in Science (1985-1986), Professor. He graduated from Rostov Institute of Agricultural Engineering (1960).
Research interests - thermodynamic process management (cutting tools efficiency).
Author of more than 500 scientific publications, including 8 monographs, 7 certificates of authorship and patents.
Vladimir V. ZOTOV (1966), Associate Professor of the Tools Production Department, Don State Technical University. Candidate of Science in Engineering (1999). He graduated from Rostov Institute of Agricultural Engineering (1990).
Research interests - cutting and dragging materials process optimization under the conditions of gang-tooled treating on the base of thermodynamic criteria.
Author of 13 scientific publications.
Dmitry P. GLOBA (1984), Head of the department of the firm «MOSKIT». He graduated from South Federal University (2005).
Research interests - buildup of cutting tools durability.
Flora A. VISTOROPSKAYA, Senior Lecturer of the Cast and Fancy Metal Working Department, Don State Technical University. She graduated from Don State Technical University (1999).
Research interests - foundry CAD, wear resistance of composite materials and coatings.
Author of 12 scientific publications.
