МОДУЛЬ СДВИГА И ЭНЕРГИЯ АДГЕЗИИ НАНОПОКРЫТИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ | Механика | композиционных | материалов и конструкций
> Том 24 > №2 / 2018 / Страницы: 207-220 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2018.24.02.187_220.04

МОДУЛЬ СДВИГА И ЭНЕРГИЯ АДГЕЗИИ НАНОПОКРЫТИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

,

Аннотация:

Тонкие покрытия широко применяются для защиты режущих инструментов от коррозии и износа. В первую очередь, это тугоплавкие покрытия на основе таких соединений как TiC, TiN и TiAlN, которые во много раз увеличивают срок службы инструментов. Однако до сих пор не четкого понимания деталей взаимодействия этих покрытий с материалом резца, механизмов их влияния на эффективность процесса резания и на долговечность инструмента. Это понимание может быть достигнуто в полной мере только на базе квантово-механического моделирования, которое позволяет изучать физические и механические процессы на атомном уровне. Одной из важнейших характеристик любых покрытий является энергия адгезии, то есть работа, необходимая на отрыв покрытия от подложки. В данной статье описаны результаты квантово-механического исследования методами теории функционала плотности и псевдопотенциала, с учетом спиновой поляризации, прочности адгезии наноразмерных покрытий TiC, TiN и TiAlN с поверхностью железа (основного компонента стали) и кобальта (связующего материала твердосплавных резцов типа WC-Co). Расчеты показали, что энергия адгезии данных покрытий с железом и кобальтом достаточно велика для обеспечения их надежного сцепления этих соединений с режущим инструментом при резании и лежит в интервале 3,5-4,1 Дж/м, что согласуется с имеющимися литературными даннымию Основной физико-механической характеристикой, отвечающей за износостойкость системы «покрытие-подложка» в процессе ее использовании в качестве резца, можно считать модуль сдвига. В данной работе проведены расчеты, моделирующие сдвиговые деформации, и определены следующие величины модуля сдвига G (в ГПа): G (TiC-Fe)=63; G (TiN-Fe)=68; G (TiAlN-Fe)=120; G (TiC-Co)=52; G (TiN-Co)=57; G (TiAlN-Co)=115. Расчетные величины модуля сдвига для покрытий TiC, TiN и TiAlN на кобальте несколько ниже величин, полученных для этих же покрытий на железе. По-видимому, это связано с тем, что в упругие свойства системы «покрытие-подложка» дает свой вклад не только покрытие, но и подложка, а модуль сдвига железа (82 ГПа) больше модуля сдвига кобальта (75 ГПа). Как на железной подложке, так и на кобальте выполняются соотношения: G (TiAlN-Fe/Co)> G (TiN-F/Co)> G (TiC-Fe/Co).

4