ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.785.532
DOI: 10.18503/1995-2732-2024-22-4-111-119
Аннотация
В работе описано влияние температуры и продолжительности процесса ионного азотирования в дуговом разряде с использованием плазменного источника с накальным катодом на механические характеристики поверхности, в частности на адгезионную прочность покрытия и износостойкость поверхности после комплексной ионно-плазменной обработки. Комплексная ионно-плазменная обработка состоит из ионного азотирования и последующего нанесения защитного многослойного покрытия системы (TiAl)N, проводимых в едином вакуумным цикле. В качестве используемого материала использовалась быстрорежущая сталь Р6М5. Адгезионная прочность исследовалась склерометрическим методом. Износостойкость исследовалась при помощи методики «шар по диску». Результаты показали, что поверхностная микротвердость увеличивается с течением времени в среднем в 1,5 раза с 860-870 до 1080-1520 HV в зависимости от температуры. Более того, определено, что с увеличением времени азотирования происходит увеличение адгезионной прочности до достижения глубины ~40 мкм. С увеличением продолжительности процесса азотирования увеличивается критическая нагрузка разрушения покрытия, однако результаты коэффициента упругого восстановления We показывают, что для более продолжительных режимов упругое восстановление после снятия нагрузки составляет примерно 30–40%, а для покрытия времени 30–60 мин порядка 50–60%. Адгезионные исследования показали смешанный механизм износа, который сочетает в себе адгезионное и абразивное воздействие. По совокупности исследуемых физико-механических характеристик определено, что технология с режимами обработки T = 475°C, t = 35 мин обладает сравнительно наивысшими свойствами, а именно интенсивностью изнашивания в 11·10-5 г, адгезионной прочностью в 19,5 Н и микротвердостью поверхности порядка 1270 HV.
Ключевые слова
ионное азотирование, вакуумно-дуговые покрытия, комплексная ионно-плазменная обработка, быстрорежущая сталь, адгезионная прочность, трибологические характеристики
Для цитирования
Нагимов Р.Ш., Вафин Р.К. Исследование влияния температуры и продолжительности ионного азотирования в дуговом разряде на механические характеристики поверхности после комплексной ионно-плазменной обработки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №4. С. 111-119. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2024-22-4-111-119
1. Власов С.Н., Пикмирзин М.Ю., Власова А.С. Анализ методов упрочнения металлорежущего инструмента // Парадигма. 2019. №. 2. С. 113-119.
2. Верещака А. С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями: учеб. пособие. М.: Машиностроение, 1993. 336 с.
3. Формирование геометрии кромки режущего инструмента методом лазерной абляции и влияние лазерной обработки на стойкость пластин из Р6М5 / Федоров С.В. и др. // Илм-фан ва инновацион ривожланиш/Наука и инновационное развитие. 2020. Т. 3. №. 5. С. 80-85.
4. Мигранов М.Ш., Мухамадеев В.Р., Мигранов А.М. Исследование триботехнических характеристик материалов и покрытий для металлорежущего инструмента // Трибология – машиностроению. 2018. С. 338-341.
5. Рамазанов К.Н., Будилов В.В., Вафин Р.К. Азотирование быстрорежущей стали Р6М5 в тлеющем разряде с наложением магнитного поля // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. №. 5. С. 39-42.
6. Будилов В.В., Рамазанов К.Н., Вафин Р.К. Влияние скрещенных электрических и магнитных полей на ионное азотирование в тлеющем разряде // Физика и химия обработки материалов. 2011. №. 6. С. 10-15.
7. Золотов И.В., Рамазанов К.Н. Влияние азотирования в тлеющем разряде с полым катодом на структуру и свойства поверхности титановых сплавов ВТ6 и ВТ3-1 // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2016. Т. 20. №. 2 (72). С. 23-28.
8. Вафин Р.К. Влияние ионного азотирования в тлеющем разряде с магнитным полем на структуру и фазовый состав инструментальных сталей Р6М5 и Х12: дис. ... канд. техн. наук : 05.16.01 / Вафин Руслан Каримович. Уфа, 2013. 142 с.
9. Gómez-Vagas O. A. et al. TiN and Boride Layers Obtained by Dehydrated Paste-Pack Boriding and PVD Treatments Formed on AISI M2 Steel // Microscopy and Microanalysis. 2019, vol. 25, no. S2, pp. 770-771.
10. Naeem M. et al. Wear and corrosion studies of duplex surface-treated AISI-304 steel by a combination of cathodic cage plasma nitriding and PVD-TiN coating // Ceramics International. 2022, vol. 48, no. 15, pp. 21473-21482.
11. Das K. et al. Effect of Pre-treatment and Duration of Pulse Plasma Nitriding on Duplex Plasma Treatment by Physical Vapor Deposition of TiN on AISI D2 Steel // Journal of Materials Engineering and Performance. 2023, pp. 1-13.
12. Moreno-Bárcenas A. et al. Synergistic effect of plasma nitriding and bias voltage on the adhesion of diamond-like carbon coatings on M2 steel by PECVD // Surface and Coatings Technology. 2019, vol. 374, pp. 327-337.
13. Chang Y.Y., Chao L.C. Effect of substrate bias voltage on the mechanical properties of AlTiN/CrTiSiN multilayer hard coatings // Vacuum. 2021, vol. 190, 110241.
14. Serra P. L. C. et al. A review of duplex treatment effect on high-speed steel tools // J Multidiscip Eng Sci Technol. 2020, vol. 7, №. 4.
15. Quinones-Salinas M.A., Mercado-Solis R.D. Comparative study of three methods for measuring thickness of PVD hard coatings // International Journal of Surface Science and Engineering. 2015, vol. 9, no. 6, pp. 493-509.
16. Libório M. S. et al. Enhanced surface properties of M2 steel by plasma nitriding pre-treatment and magnetron sputtered TiN coating // International Journal of Surface Science and Engineering. 2020, vol. 14, no. 4, pp. 288-306.
17. Díaz-Guillén J.C. et al. Duplex plasma treatment of AISI D2 tool steel by combining plasma nitriding (with and without white layer) and post-oxidation // Surface and Coatings Technology. 2020, vol. 385. 125420.
18. Mercado-Solis R.D. et al. Micro-scale abrasive wear testing of CrN duplex PVD coating on pre-nitrided tool steel // Materials Research. 2017, vol. 20, pp. 1092-1102.
19. Григорьев С.Н., Табаков В.П., Волосова М.А. Технологические методы повышения износостойкости контактных площадок режущего инструмента: монография. Старый Оскол: ТНТ, 2011. 379 с.