Материал: Изучение функциональных свойств многослойных пленок на основе двух- и трехкомпонентных нитридов тугоплавких металлов и их соединений с легкоплавкими металлами и неметаллами

2.5. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МНОГОСЛОЙНЫХ

ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ ДВУХ-, ТРЕХ- И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СЛОЕВ

Механические испытания тестовых образцов с МП на основе двух-, трех- и многокомпонентных слоев проводили методом наноиндентации в соответствии с DIN EN ISO 14577-1 с использованием измерительной системы FISCHERSCOPE Н100С и в соответствии с Международным стандартом ISO 14577 с использованием Micro-combi tester путем математической обработки серии полученных экспериментальных кривых нагрузки/разгрузки тестового образца с однослойной или многослойной пленкой. В течение тестовой процедуры нагрузку постепенно увеличивали до заданной величины, а затем снижали до нулевого значения. Нагрузку выбирали в соответствии с правилом Buckle (глубина вдавливания индентора составляла менее 10 % от толщины слоя или МП).

Исследуемые характеристики: Н (ГПа) – инденторная нанотвердость; НUp1 (ГПа) – пластическая твердость, учитывающая только пластическую деформацию, E* = E/(l – ν2) (ГПа) – приведенный модуль Юнга, где ν – коэффициент Пуассона; H/E – стойкость МП к упругой деформации; Н3/Е*2 (в дальнейшем H3/Е2) (ГПа) – стойкость МП к пластической деформации;

We (%) – упругое восстановление. Результаты измерений оформляются в виде объединенной таблицы измерений.

Микротвердость следует определять как самих двух-, трех- и многокомпонентных слоев и МП в целом, так и микротвердость композиции многослойная пленка – подложка с использованием микротвердомера ПМТ-3 и динамического ультрамикротвердомера SHIMADZU DUH-211S (Япония). Отпечатки четырехгранной алмазной пирамиды с нагрузкой на инденторе 0,5; 1; 2 Н надо снимать на сканирующем зондовом микроскопе SolverNext, позволяющем исследовать поверхность слоев или МП в контактном, полуконтактном динамическом режиме.

На динамическом микротвердомере SHIMADZU HMV-2000 определяли динамическую микротвердость (НМ115) полученных однослойных и многослойных пленок. Вдавливание производили трехгранной пирамидой с углом при вершине 115° с увеличением нагрузки до максимума с постоянной скоростью. После достижения максимальной нагрузки необходимо поддерживать ее заданное время, затем производить процесс разгрузки. Возможные нагрузки – 3, 100, 1000, 1961 мН.

26

2.6.МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ СТОЙКОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

ИИССЛЕДОВАНИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ УПРОЧНЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ

27

При проведении испытаний изменяли только материал однослойных и многослойных пленок.

За износ принимали изменение геометрических параметров сверла по основным конструктивным элементам, включая режущие кромки, основные и вспомогательные поверхности. Качество обработки пластин сверлами осуществляли по форме и размеру стружки, характеру сверления (ровный, прерывистый, с вибрацией и рывками), величине осевой силы, износу геометрических конструктивных элементов сверла, характеру износа однослойных и многослойных пленок, качеству внутренней поверхности отверстия, наличию заусенцев и смятия на выходе.

Для всех опытов толщина МП должна быть идентичной.

2.7.МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХРУПКОСТИ СЛОЕВ

ИМНОГОСЛОЙНЫХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ ДВУХ-, ТРЕХ-

ИМНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СЛОЕВ

Хрупкость однослойных и многослойных пленок оценивают на тестовых образцах по виду отпечатков, нанесенных алмазными пирамидами на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 1,962 Н (0,2 кгс) и на твердомере Виккерса при нагрузке 49,03 Н (5 кгс) в соответствии со шкалой ПИ1.2.052-78.

2.8. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ УПРОЧНЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА И ПАР ТРЕНИЯ С ОДНОСЛОЙНЫМИ И МНОГОСЛОЙНЫМИ ПЛЕНКАМИ НА ОСНОВЕ ДВУХ-, ТРЕХ- И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СЛОЕВ

Промышленные испытания проводят при различных режимах обработки с целью определения экстремальных условий работы технологического инструмента из быстрорежущей стали с однослойными и многослойными пленками.

1.На предприятии химической промышленности испытывают сверла

3,5; 8 и 11,8 мм из Р6М5 и HSS с МП на основе двухкомпонентных ZrN,

трехкомпонентных TiхZr1–хN и многокомпонентных Ti-B-Si-N слоев, а также пальчиковые 8, 20, 22 мм и дисковые 100×3, 125×4, 160×4 мм фрезы,

машинные ножовочные полотна 450×32×2×4 мм с МП на основе много-

компонентных Ti-B-Si-N и Ti-Zr-O-N слоев.

28

Обрабатываемый материал: коррозионно-стойкие стали 12Х18Н10Т, 08Х17Н13М2Т, 10Х17Н13МЗТ, жаропрочная сталь ХН10Ю, конструкционные легированные 25X1МФ, 40Х, 30ХМА, 40ХФА и углеродистые Ст. 3, 20, 35, 45 стали (без термообработки, техническая необходимость) и наплавленный металл электродов типа: Э42А, Э46, Э-09Х1МФ, Э-02Х20Н14Г2М2,

Э-09Х19Н10Г2М2Б, Э-10Х20Н17Г2М2Б2В, Э-10Х25Н13Г2.

2. На предприятии авиационной промышленности испытывают мелкоразмерный инструмент с многослойной пленкой на основе поликристаллических и наноструктурированных TiN слоев (сверла 1,58 мм).

3. На предприятии горнодобывающей промышленности испытывают отрезные фрезы 500 мм камнерезной машины модели МКД-3, оснащенные 48 резцами РС-14 с твердосплавными вставками из ВК8 с многокомпонентной многослойной пленкой на основе TiхZr1–хN слоев. Прочность природного сильвинитового пласта Кр-II при одноосном сжатии составляет

21,6 МПа, частота вращения отрезного диска 124…143 об/мин, Vподачи отрезного диска 0…2,5 мм/об.

4. На предприятии горнодобывающей промышленности испытывают резцы РС-14 и коронки ДУ-42 проходческого комбайна «Урал-20Р» с многослойной пленкой на основе двух- и трехкомпонентных TiхZr1–хN, TiC-TiZrN-TiC, Ti-Zr-С-N и Ti1–хAlхN слоев. Устанавливают 15 шт. неуп-

рочненных резцов РС-14 (без маркировки) на первый резцовый диск левого раздаточного редуктора и 15 шт. упрочненных резцов РС-14 – на второй резцовый диск левого раздаточного редуктора. Обрабатывают твердый сильвинитовый пласт Кр-II в соответствии с эксплуатационными режимами работы резцового диска: обороты резцового диска – 40,7 об/мин; подача резцового диска – 0,25…0,26 м/мин; обороты планетарной передачи – 4,2 об/мин. Для оценки эффективности многокомпонентной многослойной TiC-TiхZr1–хN-TiC пленки, формируемой комбинированным методом, неупрочненные и упрочненные резцы РС-14 устанавливают идентично на резцовые диски правого раздаточного редуктора (рис. 2.1, а, б). Коронки ДУ-42 (рис. 2.1, в–д) с многослойными TiC-TiхZr1–хN-TiC и Ti1–хAlхN плен-

ками испытывают на буровых штангах проходческого комбайна.

5.На предприятии металлургической промышленности испытывают сверла 4,2 и14 ммсмногокомпонентнымиизносостойкимиTi (B+20 % Si) N

иTi-B-Si-N пленками.

6.На предприятии машиностроительной промышленности испыты-

вают сложно нагруженные сверла 8,4 мм с многослойными пленками на основе двух- и трехкомпонентных TixZr1–xN, Ti1–xAlxN и Al2O3 слоев.

29