Влияние покрытий на основе нитридов циркония и титана на трибодеформационные процессы трения в условиях резания твердосплавными пластинами

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.

1. Мигранов М.Ш., Шустер Л.Ш. Износостой-кость режущего инструмента с многослойными покрытиями // Трение и износ. — 2005 (26), № 3, 304—307

2. Vereschaka 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.2019.203069

3. Рыжкин А.А. Синергетика изнашивания ин-струментальных материалов при лезвийной об-работке: моногр. — Ростов-на-Дону: ДГТУ. — 2019

4. 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.2020.107302

5. Лебедев 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—121

6. 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—51

7. Фоминов Е.В., Марченко А.А., Сухомли-нова В.В., Пятницкая О.А., Гладких Д.И.

8. Моделирование 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/10.30987/2782-5957-2023-2

9. 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/coatings11070823

10. Wang 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/coatings12081076

11. Frank 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/coatings11050491

12. Tao 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

13. 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/coatings11121471