fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2024-45-1-29-37fwj-5Research ArticleСтатьиВлияние покрытий на основе нитридов циркония и титана на трибодеформационные процессы трения в условиях резания твердосплавными пластинамиThe Influence of Zirconium and Titanium Nitrides Based Coatings on Tribodeformation Processes of Friction While Cutting by Carbide InsertsФоминовЕ. В.FominovE. V.

пл. Гагарина, 1, г. Ростов-на-Дону 344000, Россия

sq. Gagarina, 1, Rostov-on-Don 344000, Rostov region, Russia

fominoff83@mail.ruАлиевМ. М.AlievM. M.

пл. Гагарина, 1, г. Ростов-на-Дону 344000, Россия

sq. Gagarina, 1, Rostov-on-Don 344000, Rostov region, Russia

m_aliev62@mail.ruШучевК. Г.ShuchevK. G.

пл. Гагарина, 1, г. Ростов-на-Дону 344000, Россия

sq. Gagarina, 1, Rostov-on-Don 344000, Rostov region, Russia

ФоменкоА. В.FomenkoA. V.

пл. Гагарина, 1, г. Ростов-на-Дону 344000, Россия

sq. Gagarina, 1, Rostov-on-Don 344000, Rostov region, Russia

Донской государственный технический университетРоссияFSBEI HE “Don State Technical University”Russian Federation2024260920264512937Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/5

Статья посвящена экспериментальному исследованию влияния износостойких покрытий ZrN, TiN+ZrN, (Ti-Zr)N, ZrN-(Ti-Zr)N-TiN, TiN, нанесённых на пластинки твёрдого сплава Т15К6, на триботехнические и деформационные характеристики процесса точения заготовок из сталей 45 и 12Х18Н10Т, и последующему сравнению расчётных значений максимальных температур передней поверхности резца. При обработке стали 45 значительное снижение контактной и средней температуры в зоне резания обеспечивает сочетание трибологических и деформационных показателей при использовании композиций TiN+ZrN и ZrN+(Ti,Zr)N+TiN. При точении нержавеющей стали 12Х18Н10Т наличие покрытий на твердосплавных пластинах в меньшей степени повлияло на ход деформационных процессов. Основное воздействие от модификации рабочих поверхностей инструмента заключается в изменении толщины зоны вторичных пластических деформаций и уменьшении длины контакта стружки с передней поверхностью. Наибольший эффект в области снижения поверхностных температур за счёт влияния на комплекс трибодеформационных показателей и усиления термодиссипативных возможностей контактной зоны в этом случае демонстрируют покрытия ZrN и ZrN+(Ti,Zr)N+TiN. По результатам натурных опытов и цифрового моделирования с использованием полученных экспериментальных данных установлено, что температурные распределения на участке трибосопряжения стружки с поверхностью твердого сплава при наличии на нем многослойного покрытия связаны с изнашиванием металлорежущего инструмента, что позволяет оценивать воздействие износостойких покрытий через изменение температурного режима в контактной зоне. Такое влияние модификации поверхности на комплекс трибодеформационных показателей, определяющих в том числе и характер распределения контактных температур, следует учитывать при разработке новых композиций и структур износостойких покрытий наряду с их физико-механическими свойствами на микроуровне.

The article is devoted to an experimental study of the influence of wear-resistant coatings ZrN, TiN+ZrN, (Ti-Zr)N, ZrN-(Ti-Zr)N-TiN, TiN, deposited on T15K6 hard alloy inserts, on the tribological and deformation characteristics of the process of turning steel workpieces 45 and 12Х18Н10Т, and subsequent comparison of the calculated values of the maximum temperatures of the rake face of the lathe cutter. When processing steel 45, a significant reduction in contact and average temperature in the cutting zone is ensured by a combination of tribological and deformation indicators when using TiN+ZrN and ZrN+(Ti,Zr)N+TiN compositions. When turning stainless steel 12Х18Н10Т, the presence of coatings on carbide inserts had a lesser effect on the course of deformation processes. The main effect of modifying the working surfaces of the tool is to change the thickness of the zone of secondary plastic deformations and reduce the length of contact of the chips with the rake surface. In this case, the greatest effect in reducing surface temperatures due to the influence on the complex of tribostrain indicators and enhancing the thermodissipative capabilities of the contact zone is demonstrated by ZrN and ZrN+(Ti,Zr)N+TiN coatings. Based on the results of full-scale experiments and digital modeling using the obtained experimental data, it was established that the temperature distributions in the area of tribocoupling of chips with the surface of a hard alloy in the presence of a multilayer coating on it are associated with the wear of a metal-cutting tool, which makes it possible to evaluate the impact of wear-resistant coatings through changes in the temperature regime in contact zone. This influence of surface modification on a set of tribostrain indicators, which also determine the nature of the distribution of contact temperatures, should be taken into account when developing new compositions and structures of wear-resistant coatings along with their physical and mechanical properties at the microlevel.

твердые сплавымногослойные (комбинированные) покрытияпластические деформациитемпература в зоне резанияизносостойкостьhard alloysmultilayer (combined) coatingsplastic deformationcutting zone’s temperaturewear resistanceReferencesМигранов М.Ш., Шустер Л.Ш. Износостой-кость режущего инструмента с многослойными покрытиями // Трение и износ. — 2005 (26), № 3, 304—307Migranov M.S. and Shuster L. Sh. Wear Re-sistance of Cutting Tools with Multilayer Coat-ings // Friction and Wear. — 2005 (26), no. 3, 71—74Vereschaka A., Tabakov V., Grigoriev S., Sit-nikov N., Milovich F., Andreev N., and Bub-likov J. Investigation of Wear Mechanisms for the Rake Face of a Cutting Tool with a Multilayer Composite Nanostructured Cr–CrN-(Ti,Cr,Al,Si)N Coating in High-Speed Steel Turning // Wear. — 2019 (438–439), 203069. DOI: 10.1016/j.wear.2019.203069Vereschaka A., Tabakov V., Grigoriev S., Sit-nikov N., Milovich F., Andreev N., and Bub-likov J. Investigation of Wear Mechanisms for the Rake Face of a Cutting Tool with a Multilayer Composite Nanostructured Cr–CrN-(Ti,Cr,Al,Si)N Coating in High-Speed Steel Turning // Wear. — 2019 (438–439), 203069. DOI: 10.1016/j.wear.2019.203069Рыжкин А.А. Синергетика изнашивания ин-струментальных материалов при лезвийной об-работке: моногр. — Ростов-на-Дону: ДГТУ. — 2019Ryzhkin A.A. Synergetics of tool materials’ wear during blade processing: monograph. — Rostov-na-Donu: DSTU. — 2019 (in Russian)Zhao J., Liu Z., Wang B., Hu J., and Wan Yi. Tool Coating Effects on Cutting Temperature Dur-ing Metal Cutting Processes: Comprehensive Re-view and Future Research Directions // Mechanical Systems and Signal Processing. — 2021 (150), 107302. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.107302Zhao J., Liu Z., Wang B., Hu J., and Wan Yi. Tool Coating Effects on Cutting Temperature dur-ing Metal Cutting Processes: Comprehensive Re-view and Future Research Directions // Mechanical Systems and Signal Processing. — 2021 (150), 107302. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.107302Лебедев В.А., Алиев М.М., Фоминов Е.В., Фо-менко А.В., Марченко А.А., Мироненко А.Е. Термоэлектрические характеристики процесса точения стальных заготовок твердосплавными пластинами с комбинированными покрытиями // Трение и износ. — 2023 (44), № 2, 114—121Lebedev V.A., Aliev M.M., Fominov E.V.,Чичинадзе А.В., Шучев К.Г., Рыжкин А.А., Филипчук А.И., Климов М.М. Температурный режим при трении инструментальных материа-лов с учётом объёмности источника тепловыде-ления // Трение и износ. — 1986, № 7, 43—51Fomenko A.V., Marchenko A.A., and Miro-nenko A.E. Thermoelectric Characteristics of the Process Steel Turning by Carbide Inserts with Combined Coatings // Friction and Wear. — 2023 (44), no. 2, 114—121Фоминов Е.В., Марченко А.А., Сухомли-нова В.В., Пятницкая О.А., Гладких Д.И.Chichinadze A.V., Shuchev K.G., Ryzhkin A.A., Filipchuk A.I., and Klimov M.M. Temperature Regime during Friction of Tool Materials Taking in-to Account the Volume of the Heat Source // Fric-tion and Wear. — 1986, № 7, 43—51Моделирование температурного распределения на передней поверхности токарного резца с учётом геометрических параметров зоны вто-ричных пластических деформаций // Транс-портное машиностроение. — 2023 (14), № 2, 4—11. https://doi.org/10.30987/2782-5957-2023-2Fominov E.V., Marchenko A.A., Sukhom-linova V.V., Pyatnitskaya O.A., Gladkikh D.I. Modeling of temperature distribution on the front surface of a turning tool taking into account the geometric parameters of the zone of secondary plastic deformations // Transport engineering. — 2023 (14), № 2, 4—11. https://doi.org/10.30987/2782-5957-2023-2 (in Russian)Ćorić D., Šnajdar Musa M., Sakoman M., and Alar Ž. Analysis of Different Complex Multilayer PACVD Coatings on Nanostructured WC-Co Ce-mented Carbide // Coatings. — 2021 (11), no. 823. https://doi.org/10.3390/coatings11070823Ćorić D., Šnajdar Musa M., Sakoman M., and Alar Ž. Analysis of Different Complex Multilayer PACVD Coatings on Nanostructured WC-Co Ce-mented Carbide // Coatings. — 2021 (11), no. 823. https://doi.org/10.3390/coatings11070823Wang M., Liu Y., Chen H., Wang L., and Hu D. First-Principles Calculations of Interfacial Structure and Properties between WC Substrate and TiN Coating Based on Density Functional Theory // Coatings. — 2022 (12), 1076. https://doi.org/10.3390/coatings12081076Wang M., Liu Y., Chen H., Wang L., and Hu D. First-Principles Calculations of Interfacial Structure and Properties between WC Substrate and TiN Coating Based on Density Functional Theory // Coatings. — 2022 (12), 1076. https://doi.org/10.3390/coatings12081076Frank F., Tkadletz M., Czettl C., and Schalk N. Microstructure and Mechanical Properties of ZrN, ZrCN and ZrC Coatings Grown by Chemical Vapor Deposition // Coatings. — 2021 (11), 491. Doi: 10.3390/coatings11050491Frank F., Tkadletz M., Czettl C., and Schalk N. Microstructure and Mechanical Properties of ZrN, ZrCN and ZrC Coatings Grown by Chemical Vapor Deposition // Coatings. — 2021 (11), 491. Doi: 10.3390/coatings11050491Tao H., Zhylinski V., Vereschaka A., Cha-yeuski V., Yuanming H., Milovich F., Sotova C., Seleznev A., and Salychits O. Comparison of the Mechanical Properties and Corrosion Resistance of the Cr-CrN, Ti-TiN, Zr-ZrN, and Mo-MoN Coat-ings // Coatings. — 2023 (13), 750. https://doi.org/10.3390/coatings13040750Tao H., Zhylinski V., Vereschaka A., Cha-yeuski V., Yuanming H., Milovich F., Sotova C., Seleznev A., and Salychits O. Comparison of the Mechanical Properties and Corrosion Resistance of the Cr-CrN, Ti-TiN, Zr-ZrN, and Mo-MoN Coat-ings // Coatings. — 2023 (13), 750. https://doi.org/10.3390/coatings13040750.Vereschaka A., Sitnikov N., Volosova M., Seleznev A., Sotova C., and Bublikov J. Investiga-tion of Properties of the Zr,Hf-(Zr,Hf)N-(Zr,Hf,Me,Al)N Coatings, Where Me Means Cr, Ti, or Mo // Coatings. — 2021 (11), no. 12, 1471. https://doi.org/10.3390/coatings11121471Vereschaka A., Sitnikov N., Volosova M., Seleznev A., Sotova C., and Bublikov J. Investiga-tion of Properties of the Zr,Hf-(Zr,Hf)N-(Zr,Hf,Me,Al)N Coatings, Where Me Means Cr, Ti, or Mo // Coatings. — 2021 (11), no. 12, 1471. https://doi.org/10.3390/coatings11121471

The authors declare that there are no conflicts of interest present.