Analiza mechanizmów zużycia wierteł ze stali HS6-5-2 z powłokami Ti(C, N) wytworzonymi metodą PVD, po badaniach eksploatacyjnych

• Autorzy: Pancielejko M.

Warianty tytułu

EN

Analysis of wear mechanisms of drills made of HS6-5-2 steel coated with Ti(C, N) films deposited by the PVD method, after operation tests

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksploatacyjnych wierteł krętych wykonanych ze stali szybkotnącej HS6-5-2 bez powłoki oraz z powłokami węgloazotku tytanu Ti(C, N) wytworzonymi metodą PVD - katodowym odparowaniem łukowym. Przed badaniami wiertła poddano kontroli sprawdzając 17 parametrów geometrycznych wierteł pod względem zgodności ich wykonania z dokumentacją producenta i zaleceniami norm. Do oceny dokładności wykonania wierteł zastosowano addytywne wskaźniki jakości. Podczas badań eksploatacyjnych wiercono na sucho otwory O21 mm w odlewach bębnów hamulcowych z żeliwa szarego EN-GJL-250. Mierzono wielkość zużycia naroży zewnętrznych, na powierzchniach przyłożenia, łysinek prowadzących oraz krawędzi poprzecznej, dla których zdefiniowano krytyczne wskaźniki zużycia wierteł. Jako główne kryterium zużycia przyjęto graniczną wartość zużycia naroży zewnętrznych wierteł określoną wskaźnikiem W. Graniczne zużycie (W ? 0,4 mm) dla wierteł niepokrytych osiągnięto po wykonaniu 530 otworów. Wiertła z wytworzonymi powłokami Ti(C, N) osiągnęły takie wielkości zużycia po wykonaniu 980 otworów - wytworzone na wiertłach powłoki pozwalają na około dwukrotny wzrost ich trwałości. Pomiary średnicy wierteł w okolicy naroży po każdej partii wykonanych otworów wskazują, że wytworzone powłoki Ti(C, N) obniżają skłonność do tworzenia się narostów, przez co ograniczone zostaje zużycie adhezyjne ostrzy narzędzi. Analiza składu chemicznego metodą EDS oraz obserwacje mikroskopowe potwierdzają, że na zużytych krawędziach ostrzy skrawających tworzą się narosty materiału obrabianego, co świadczyć może o znacznym udziale mechanizmu adhezyjnego w zużyciu badanych narzędzi. Przy określaniu zużycia wierteł niepokrytych, jak i z twardymi powłokami, wskazane jest stosowanie kilku wskaźników zużycia. Zastosowane wskaźniki charakteryzujące zużycie wierteł na narożach, łysince prowadzącej i krawędzi poprzecznej dobrze charakteryzują przebieg zużycia badanych wierteł. Często stosowany, jako jedyny, wskaźnik VB (charakteryzujący zużycie na powierzchni przyłożenia narzędzi) - przy obróbce żeliwa szarego nie odzwierciedla rzeczywistego stopnia zużycia wierteł i prowadzić może do nadmiernego zużycia ostrzy narzędzia w innych strefach.

EN

Results of operation tests on twist drills made of HS6-5-2 high-speed steel without coating and coated with titanium carbonitride Ti(C, N) coatings deposited by the PVD method - cathodic arc plasma deposition are presented in this paper. These drills prior to testing were made subject to control on 17 geometrical parameters respecting their execution in compliance with the manufacture's documentation and standard recommendations. For evaluation of their execution accuracy, the additive quality coefficients were applied. During operation tests, the holes 21 mm in diameter were dry-drilled in castings of brake drums made of EN-GJL-250 grey cast iron. There were taken measurements of the wear rate on outer corners, tool flanks, drill margins and a transverse edge, for which the critical drill-wear coefficient were defined. The boundary wear value of drill outer corners marked by the coefficient W was assumed as a main criterion of wear. The boundary wear (W ? 0.4 mm) for uncoated drills was obtained after drilling 530 holes. Drills coated with Ti(C, N) films achieved such the wear resistance after drilling 980 holes - the films deposited on drills made it possible for them to achieve about a twofold increase in their durability. The measurements of drill diameters near corners taken after drilling each lot of holes revealed that deposited Ti(C, N) films reduced a tendency to produce built-up edges, thus the adhesive wear of tool points was limited. An analysis of the chemical composition by EDS method and microscopic examinations confirmed that growths of material being machined are formed on worn out tool points, which may signify that the adhesive mechanism plays an important part in wear of tools under investigation. To determine the wear of uncovered drills, and also covered with hard films, it was advisable to introduce several wear rate coefficients. The applied indicators characterising the drill wear on corners, a drill margin and a transverse edge well describe the course of wearing the drills under investigation. The VB indicator (describing the wear of a tool flank) frequently being applied as unique, in case of machining the grey cast iron does not reflect a real degree of drill wear and may lead to excessive wear of tool noses in other zones.

Słowa kluczowe

PL

powłoki Ti(C, N); wiertła; badania eksploatacyjne; mechanizmy zużycia; analiza EDS

EN

Ti(C, N); coatings; drills; operation tests; wear mechanisms; EDS analysis

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 4
• Strony: 1147--1152
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pancielejko M.

• Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i techniki Próżniowej, Politechnika Koszallińska,

Bibliografia

• [1] Feng W., Liu C., Chen G., Zhang G., Gu W., Niu E., Yang S.-Z.: Titanium carbonitride films on cemented carbide cutting tool prepared by pulse high energy density plasma. App. Surface Science 253 (2007) 4927.
• [2] Bull S. J., Bhat D. G., Staia M. H.: Properties and performance of commercial TiCN coatings. Part 1: tribological performance. Surface and Coating Technology 163-164 (2003) 507.
• [3] Bemporad E., Pecchio C., De Rossi S., Carassiti F.: Characterization and hardness modelling of alternate TiN/TiCN multilayer cathodic arc PVD coating on tool steel. Surface and Coating Technology 146-147 (2001) 363.
• [4] Lukaszkowicz K., Dobrzański L. A., Staszuk M. Pancielejko M.: Comparison of the PVD gradient coatings deposited onto X40CrMoV5-1 and HS6-5-2 tool steel substrate. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 27 (2008) 79.
• [5] Karlsson L., Hultman L, Johanson M. P., Sundgren J.-E., Ljungcrantz H.: Growth, microstructure, and mechanical properties of arc evaporated TiCxN1-x (0 ≤ x ≤ 1) films. Surface and Coatings Technol. 126 (2000) 1.
• [6] Forn A., Picas J. A., Fuentes G. G., Elizalde E.: Mechanical and tribological properties of TiCxN1-x wear resistant coatings. Int. J. of Refractory Metals & Hard Materials 19 (2001) 507.
• [7] Habig K.-H.: Wear behaviour of surface coatings on steels. Tribology International 89 Vol. 22 (2) (1989) 65.
• [8] Guu Y. Y., Lin J. F.: Analysis of wear behaviour of titanium carbinitride coatings. Wear 210 (1997) 245.
• [9] Habig K.-H., Meier zu Köcker G.: Posibilities of model wear testing for the preselection of hard coatings for cutting tools. Surface and Coatings Technology 62 (1993) 428.
• [10] Matthews A., Leyland A., Holmberg K., Ronkainen H.: Design aspects for advanced tribological surface coatings. Surface and Coatings Technology 100-101 (1998) 1.
• [11] Santos S. C., Sales W. F., Da Silva F. J., Franco S. D., Da Silva M. B.: Tribological characterization of PVD coatings for cutting tools. Surface and Coating Technology 184 (2004) 141.
• [12] Pancielejko M., Precht W., Gilewicz A., Kukliński Z.: „Otrzymywanie oraz właściwości tribologiczne powłok TiCxN1-x”. Materiały XI Międzynarodowej Szkoły Letniej „Modern Plasma Surface Technology” Mielno 10-14.05.1999r., Politechnika Koszalińska (1999) 287.
• [13] Pancielejko M.: Precht W.: Structure, chemical and phase composition of hard titanium carbon nitride coatings deposited on HS 6-5-2 steel. Journal of Materials Processing Technology 157-158 (2004) 394.
• [14] Pancielejko M.: Badanie zużycia warstw TiCN wytworzonych metodą katodowego odparowania łukowego na podłożach ze stali szybkotnącej SW7M. Inżynieria Materiałowa 5 (2006) 1166.
• [15] Pancielejko M.: Zużycie oraz zachowania tribologiczne powłok TiCN wytworzonych metodą PVD na podłożach ze stali HS6-5-2. Inżynieria Materiałowa 6 (2008) s.714.
• [16] Czyżniewski A.: Wpływ dokładności wykonania frezów ślimakowych na zużycie i trwałość ostrzy pokrytych warstwą azotku tytanu. Praca doktorska, Politechnika Koszalińska (1998).
• [17] Kunac M., Zwata M., Fugii S., Kanadu Y.: Statistical Characteristics of Drill Wear and Drill Life for the Standardized Performance Tests. Annals of the CIRP 27 (1) (1978).
• [18] Adamczyk Z.: Postępy Technologii Maszyn i Urządzeń 20 (4) (1995) 5.