Выбор состава и структуры покрытий для режущего инструмента на основе квантово-механических расчетов

На основе квантово-механических расчетов проведено моделирование образования межатомной связи материала износостойкого покрытия с твердосплавной подложкой. Описаны методика и результаты оптимизации состава и структуры покрытия в целях повышения его износостойкости. Определены наиболее эффективные составы покрытий для обработки резанием различных материалов. Установлено, что при изменении структуры наиболее простых по составу покрытий (TiN, TiC) путем введения атомов переходных металлов, в особенности тантала и ниобия, износостойкость покрытий повышается. Показано, что фрикционную совместимость пар трения (инструментальный материал — обрабатываемый материал) можно прогнозировать, исходя из значения общей энергии систем, полученного в результате расчета. Установлено, что наиболее активным элементом в структуре твердых сплавов является кобальт и поэтому при осаждении покрытий зародышеобразование зерен из тугоплавких соединений происходит именно на кобальтовой связке. По сравнению с железом титан более активен к кобальтовой связке и карбидным фазам твердого сплава. В связи с этим титановые сплавы характеризуются более низкой обрабатываемостью, чем железоуглеродистые стали.

Литература

[1] Кабалдин Ю.Г. Структура, прочность и износостойкость композиционных инструментальных материалов. Владивосток, Дальнаука, 1996. 183 с.

[2] Кабалдин Ю.Г., Серый С.В., Кретинин О.В., Лаптев И.Л., Власов Е.Е., Кузьмишина А.М. Компьютерное моделирование и исследование наноструктур в процессах обработки резанием на основе квантово-механических расчетов. Н. Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2014. 119 с.

[3] Верещака А.С., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. Москва, Машиностроение, 1986. 192 с.

[4] Григорович В.К. Металлическая связь и структура металлов. Москва, Наука, 1988. 296 с.

[5] Кабалдин Ю.Г., Серый С.В., Муравьев С.Н., Просолович А.А., Симагина Е.В. Повышение работоспособности режущего инструмента осаждением наноструктурных покрытий. Вестник машиностроения, 2010, № 3, с. 41–49.

[6] Кабалдин Ю.Г., Серый С.В. Оптимизация составов и функциональных свойств наноструктурных покрытий для режущего инструмента методом функционала электронной плотности. Вестник машиностроения, 2011, № 5, с. 49–54.