Исследование триботехнических характеристик наноструктурированных инновационных покрытий для обработки резанием жаропрочных сплавов

Машиностроение и машиноведение

2024. Т. 31. № 3. С. 188-200.

Авторы

Метель А. С.1*, Волосова М. А.1**, Мигранов М. Ш.1***, Гусев А. С.1****, Репин Д. С.1, Харунов Р. Р.2

1. ФГБОУ ВО «Московский государственный технологический университет «Станкин», 127994, г. Москва, Вадковский пер., д.1
2. Уфимский университет науки и технологий, ул. Заки Валиди, 32, Уфа, 450076, Россия

*e-mail: a.metel@stankin.ru
**e-mail: m.volosova@stankin.ru
***e-mail: migmars@mail.ru
****e-mail: gusev.angrey@bk.ru

Аннотация

Представлены результаты экспериментальных исследований по повышению эффективности обработки жаропрочных хромоникелевых сплавов, используемых в узлах и агрегатах, как авиационных и ракетных газотурбинных двигателей (ГТД) – диски, валы винтов и роторов, фланцы и др., так и конструкции силовой части планера – штанги, силовые балки, кронштейны и др. Известно, что вышеперечисленные детали при работе подвергаются значительным температурно-силовым нагрузкам и, соответственно, воздействию знакопеременных напряжений с необходимостью обеспечения ими основных эксплуатационных характеристик, которые закладываются и достигаются на стадии лезвийной обработки резанием. При этом применение в условиях современного машиностроительного производства высокоскоростного металлорежущего оборудования требует повышения износостойкости металлорежущего инструмента. По результатам проведенных триботехнических исследований композиционных многослойных наноструктурированных износостойких покрытий на твердосплавном инструментальном материале при точении жаропрочных хромоникелевых сплавов подтверждена возможность повышения работоспособности режущего инструмента на 30–35% при обеспечении высоких показателей качества обработанной поверхности. Методологически работы проведены в несколько взаимосвязанных последовательных этапов: на первом – для сокращения длительных дорогостоящих лабораторных и производственных исследований по определению износостойкого покрытия с наилучшими эксплуатационными свойствами и их режимов нанесения были проведены трибологические испытания на двух типах трибометров: на Nanovea TRB при возвратно-поступательном перемещении контртела из инструментального материала относительно пластин из обрабатываемого материала, а также на высокотемпературной адгезионной установке при вращательном движении нагруженного полусферического индентора из инструментального материала с различными покрытиями относительно образцов из обрабатываемого материала; на втором – были проведены серии износостойкостных испытаний при продольном точении хромоникелевых сплавов инструментом с инновационными наноструктурированными многослойными покрытиями при повышенных элементах режима резания; на третьем – металлографические исследования лунок на образцах и сферической поверхности индентора.

Ключевые слова:

инновационные наноструктурированные износостойкие покрытия, твердосплавные пластины для точения, жаропрочные хромоникелевые сплавы, триботехнические испытания

Библиографический список

  1. Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание материалов. – М.: Высшая школа, 2009. – 336 с.
  2. Табаков В.П., Сагитов Д.И. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями в условиях стесненного резания. – Ульяновск: УлГТУ, 2015. – 179 с.
  3. Верещака А.А., Григорьев С.Н. Теоретическое обоснование выбора рациональной архитектуры элементов состава многослойно-композиционных износостойких покрытий. – М.: Изд-во МГТУ «Станкин», 2020. – 141 с.
  4. Криони Н.К., Шехтман С.Р., Мигранов М.Ш. Наноструктурированные вакуумные ионно-плазменные покрытия. – М.: Инновационное машиностроение, 2017. – 367 с.
  5. Бафоев Д. Перспективные методы повышения износостойкости режущих инструментов // Educational Research in Universal Sciences. 2023. Vol. 2. No. 14 Special, pp. 576–581.
  6. Райхельсон В.А. Обработка резанием сталей, жаропрочных и титановых сплавов с учётом их физико-механических свойств. – М.: Техносфера, 2023. – 508 с.
  7. Ласица А.М., Чуранкин В.Г., Чуранкина Т.А. и др. Влияние покрытия TiN на распределение нагрузок в твердосплавных режущих пластинах при обработке аустенитных нержавеющих сталей // Омский научный вестник. 2020. № 4(172). С. 9–12. DOI: 10.25206/1813-8225-2020-172-9-12
  8. Легаев В.П., Генералов Л.К., Галковский О.А. Аналитический обзор существующих гипотез о природе трения // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 1. С. 174–181.
  9. Блинков И.В., Белов Д.С., Волхонский А.О. и др. Упрочняющие ионно-плазменные покрытия (Ti,Alx)N (х = 3 ат.%) для твердосплавного режущего инструмента // Быстрозакаленные материалы и покрытия: сборник трудов XVII Международной научно-техническая конференции (20–21 октября 2020; Москва). – М.: Пробел-2000, 2020. С. 102–107.
  10. Шустер Л.Ш. Адгезионное взаимодействие твердых металлических тел. – Уфа: Гилем, 1999. – 198 с.
  11. Metel A., Bolbukov V., Volosova M. et al. Equipment for deposition of thin metallic films bombarded by fast argon atoms // Instruments and Experimental Techniques. 2014. Vol. 57. No. 3, pp. 345-351. DOI: 10.1134/S0020441214020110
  12. Хрящев И.И., Данилов Д.В., Логунов А.В. Разработка экономнолегированного никелевого жаропрочного сплава для рабочих лопаток газовых турбин // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 205–218.
  13. Шустер Л.Ш., Мигранов М.Ш. Прибор для исследования адгезионного взаимодействия. Патент RU 34249 U1. Бюл. 33, 27.11.2003.
  14. Haubner R., Lessiak M., Pitonak R. et al. Evolution of conventional hard coatings for its use on cutting tools // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2017. Vol. 62. Part B, pp. 210-218. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2016.05.009
  15. Haršáni M., Ghafoor N., Calamba K. et al. Adhesive-deformation relationships and mechanical properties of nc-AlCrN/a-SiN x hard coatings deposited at different bias voltages // Thin Solid Films. 2018. Vol. 650, pp. 11-19. DOI: 10.1016/j.tsf.2018.02.006
  16. Верещака А.А., Бубликов Ю.И., Лыткин Д.Н. Влияние толщины нанослоев на эксплуатационные свойства многослойно-композиционных наноструктурированных модифицирующих покрытий для металлорежущего инструмента // Металлообработка. 2018. № 6(108). С. 2–6. DOI: 10.25960/MO.2018.6.2
  17. Мокрицкий Б.Я., Ситамов Э.С., Серебренникова А.Г. Повышение работоспособности твёрдосплавного режущего инструмента за счет нанесения покрытий // Вестник ИрГТУ. 2019. Т. 23. № 2(145). С. 246-251. DOI: 10.21285/1814-3520-2019-2-246-251
  18. Prengel H.G., Jindal P.C., Wendt K.H. et al. A new class of high-performance PVD coatings for carbide cutting tools // Surface and Coatings Technology. 2001. Vol. 139. No. 1, pp. 25–34. DOI: 10.1016/S0257-8972(00)01080-X
  19. Шустер Л.Ш., Криони Н.К., Шолом В.Ю., Мигранов М.Ш. Покрытия и смазка в высокотемпературных подвижных сопряжениях и металлообработке: Монография. – М.: Машиностроение, 2008. – 318 с.
  20. Knyazeva Zh.V., Yudin P.E., Petrov S.S., Maksimuk A.V. Using Metal-Sprayed Coatings to Protect Submersible Electric Pump Motors from the Impact of Complicating Factors in Oil Wells // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2020. Vol. 61. No. 5, pp. 592–599. DOI: 10.3103/S1067821220050065
  21. Ушаков И.В., Ошоров А.Д. Микроразрушение многослойного композита на основе аморфно-нанокристаллического металллического сплава // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 3. С. 246–252. DOI: 10.34759/vst-2022-3-246-252
  22. Ковалев А.А., Коновалов Д.П. Моделирование тепловых деформаций заготовки, возникающих в процессе сверления в ней отверстий // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 1. С. 201–211.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024