Эффективность наноструктурированных износостойких покрытий при высокоскоростном фрезеровании титановых сплавов

DOI: 10.34759/vst-2023-2-188-195

Авторы

Григорьев С. Н.^*, Волосова М. А.^**, Мигранов М. Ш.^***, Гусев А. С.^****

ФГБОУ ВО «Московский государственный технологический университет «Станкин», 127994, г. Москва, Вадковский пер., д.1

*e-mail: s.grigoriev@stankin.ru
**e-mail: m.volosova@stankin.ru
***e-mail: migmars@mail.ru
****e-mail: gusev.angrey@bk.ru

Аннотация

Представлены результаты экспериментальных исследований трибологических свойств инновационных композиционных нанострутурированных износостойких покрытий при высокоскоростном фрезеровании титановых сплавов ВТ3-1 и ВТ6, широко используемых в деталях и агрегатах современных авиационных двигателей и ракетно-космической техники. Результаты температурных и силовых испытаний при фрезеровании износостойкими покрытиями показали снижение температуры резания в среднем на 20%, а также уменьшение значения составляющих усилия резания на 25-30% с покрытием «nACRo3+TiB2» по сравнению с другими. В целом по результатам проведенных исследований установлено повышение эффективности высокоскоростного фрезерования титановых сплавов с современными инновационными композиционными наноструктурированными износостойкими покрытиями за счет увеличения периода стойкости режущего инструмента в два и более раза. Проведенная дополнительная экспресс-оценка показателей качества обработанной поверхности (шероховатость и наклеп обработанной поверхности) показала улучшение требуемых показателей качества обработанной поверхности, что важно при лезвийной обработке резанием элементов конструкции деталей (фланцы, диски, валы роторов компрессора и т.д.).

Ключевые слова:

износостойкие покрытия, двойные и тройные нитриды, адгезиомер, температурно-силовые условия резания, термо-ЭДС, ртутный токосъемник, составляющие усилия резания, износостойкость режущего инструмента

Библиографический список

1. Павлова Т.В., Кашапов О.С., Ночовная Н.А. Титановые сплавы для газотурбинных двигателей // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. № 5. С. 8–14.
2. Глазунов С.Г., Ясинский К.К. Титановые сплавы для авиационной техники и других отраслей промышленности // Технология легких сплавов. 1993. № 7–8. С. 47–5
3. Шулов В.А., Быценко О.А., Теряев Д.А. Получение нанокристаллических эрозионно-коррозионно-стойких покрытий, содержащих МАХ-фазу, на поверхности деталей из титановых сплавов // Вестник Московского авиационного института. Т. 17. № 3. С. 168–177.
4. Козинер Ю.Д., Арефьев А.В., Арефьев В.В. Оптимизация высокоскоростного фрезерования пера для компрессора газотурбинного двигателя (ГТД) // Международный исследовательский журнал. 2017. № 3(57). DOI: 10.23670/IRJ.2017.57.127
5. Волосова М.А., Григорьев С.Н. Технологические принципы осаждения износостойких нанопокрытий для применения в инструментальном производстве // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. № 6(66). С. 37–42.
6. Гурин В.Д., Григорьев С.Н., Алешин С.В., Семенов В.А. Исследование силовых параметров при фрезеровании концевыми фрезами для диагностирования их состояния // Вестник машиностроения. 2005. № 9. С. 19–22.
7. Григорьев С.Н., Волосова М.А. Технология комбинированного поверхностного упрочнения режущего инструмента из оксидно-карбидной керамики // Вестник машиностроения. 2005. № 9. С. 32–36.
8. Метель А.С., Григорьев С.Н., Мельник Ю.А., Панин В.В. Заполнение рабочей камеры технологической установки однородной плазмой с помощью стационарного тлеющего разряда // Физика плазмы. 2009. Т. 35. № 12. С. 1140–1149.
9. Quan G.Z., Luo G.C., Liang J.T. et al. Modelling for the dynamic recrystallization evolution of Ti—6Al—4V alloy in two-phase temperature range and a wide strain rate range // Computational Materials Science. 2015. Vol. 97, pp. 136- DOI: 10.1016/j.commatsci.2014.10.009
10. Migranov M.S., Volosova M.A., Shekhtman S.R. et al. Tribotechnical characteristics of nanostructured multilayer composite coatings on tools for machining heat-resistant alloys // Letters on Materials. 2023. Vol. 13. No. 1, pp. 73-78. DOI: 10.22226/2410-3535-2023-1-73-78
11. Huang L.J., Geng L., Li A.B. et al. Characteristics of hot compression behavior of Ti—6.5Al—3.5Mo—1.5Zr—0.3Si alloy with an equiaxed microstructure // Materials Science and Engineering: A. 2009. Vol. 505. No. 1-2, pp. 136-143. DOI: 1016/j.msea.2008.12.041
12. Zhang M., Zhang J., McDowell D.L. Microstructure-based crystal plasticity modeling of cyclic deformation of Ti—6Al—4V // International Journal of Plasticity. Vol. 23. No. 8, pp. 1328–1348. DOI: 10.1016/j.ijplas.2006.11.009
13. Петрова Л.Г., Белашова И.С., Александров В.А., Демин П.Е., Брежнев А.А. О возможности получения наноструктурированных покрытий на стальных изделиях модифицированием поверхности // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 2. С. 75–82.
14. Fox-Rabinovich G.S., Weatherly G.C., Dodonov A.I. et al. Nano-crystalline filtered arc deposited (FAD) TiAlN PVD coatings for high-speed machining applications // Surface and Coatings Technology. 2004. Vol. 177-178. No. 6, pp. 800‒811. DOI: 1016/j.surfcoat.2003.05.004
15. Fox-Rabinovich G.S., Beake B.D., Endrino J.L. et al. Effect of mechanical properties measured at room and elevated temperatures on the wear resistance of cutting tools with TiAlN and AlCrN coatings // Surface and Coatings Technology. 2006. Vol. 200. No. 20-21, pp. 5738- DOI: 10.1016/j.surfcoat.2005.08.132
16. Zhang Y., Zhang M., In R.T. Study on surface micro textured tool cutting performance based on advantedge // International Journal of Engineering and Technology. 2018. Vol. 7. No. 7, pp. 221-224. DOI: 10.15623/ijret.2018.0707030
17. Li Q., Pan C., Jiao Y., Hu K. Investigation on Cutting Performance of Micro-Textured Cutting Tools // Micromachines. 2019. Vol. 10. No. 6: 352. DOI: 3390/mi10060352
18. Xin T., Pei H., Shucai Y. Coating and micro-texture techniques for cutting tools // Journal of Materials Science. Vol. 57, pp. 17052-17104. DOI: 10.1007/s10853-022-07704-9
19. Beake B.D. Nano- and Micro-Scale Impact Testing of Hard Coatings: A Review // 2022. Vol. 12. No. 6: 793. DOI: 10.3390/coatings12060793
20. Gupta K., Laubscher R.F. Sustainable machining of titanium alloys: A critical review // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2017. Vol. 231. No. 14, pp. 2543-2560. DOI: 10.1177/0954405416634278