Ионное азотирование как перспективный метод повышения износостойкости металлорежущего инструмента

Рассмотрено ионное азотирование как один из основных методов повышения износостойкости металлорежущего инструмента, способствующее увеличению сроков его службы.

Ключевые слова: металлорежущий инструмент, ионное азотирование, газовая среда, стальной контейнер, катод и анод.

В настоящее время в машиностроении применяется ионное азотирование как один из перспективных методов повышения износостойкости металлорежущего инструмента.

Работоспособность и износостойкость металлорежущего инструмента характеризуется состоянием поверхностного слоя. Дальнейшее развитие и применение как перспективного метода получает ионного азотирования.

Материал металлорежущего инструмента прошедший ионное азотирование имеет повышенную поверхностную твердость и прочность, которая не изменяется даже при нагреве от 500⁰С.

Применение ионного азотирования способствует повышению износостойкости металлорежущего инструмента 2–3 раз в зависимости от условий металлообработки.

Оно способствует созданию азотированного слоя режущего инструмента с необходимой структурой.

Ионное азотирование как перспективный метод повышения стойкости металлорежущего инструмента применяется для марок стали:

Р6М5К5, Р18, Р6М5;

Р18, Р12Ф4К5, 13Х11Н2;

Для усиления протекающих процессов в газовой среде применяют ионное азотирование или азотирование в тлеющем разряде.

В основе ионного азотирования лежит применение газовой среды, в которой может содержаться азот, аммиак и т. д. Одним из главных свойств азотированного слоя является его прочность и твердость.

Получение необходимой твердости и глубины азотированного слоя зависит от правильного выбора протекания режима процесса ионного азотирования. Процесс ионного азотирования осуществляется в две стадии:

очистка поверхности катодным распылением;

насыщение поверхности азотосодержащей газовой средой.

Процесс ионного азотирования осуществляется в стальном контейнере, который является анодом, а катодом является режущий инструмент, который находится внутри. Внутрь контейнера при низком давлении пропускается азотосодержащая газовая среда. При напряжении от 500 до 1000 В и давлении от 1–10 мм.рт.ст ионы азота ударяются и очищают поверхность катода.

Далее поверхность катода нагревается до температуры 500–600⁰ С и ионы азота ударяясь о поверхность катода и в результате диффузии внедряются в его вглубь.

К основным характеристикам протекания процесса ионного азотирования относятся:

давление от 1 до 10 мм.рт.ст;

напряжение от 500 до 1000В;

длительность процесса от 15 минут до одного дня;

равномерность диффузного слоя по периметру катода.

Основными преимуществами ионного азотирования являются:

повышение износостойкости и прочности металлорежущего инструмента;

высокие показатели упрочнения металлорежущего инструмента

высокая производительность;

уменьшение продолжительности процесса в 1,5–3 раза;

возможность регулирования процесса и получение азотированного слоя с нужными характеристиками;

Основными недостатками криогенной обработки являются:

высокая стоимость установок и комплексов;

необходимость применения сложного технологического оборудования.

Для использования ионного азотирования как одного из перспективных методов повышения износостойкости металлорежущего инструмента основана на применении специальных установок, в которых происходит подача газовой среды, последующий нагрев и бомбардировка ионов.

Установка для ионного азотирования включает в себя:

приборы управления и контроля

процессор;

датчик температуры, давления и напряжения;

катод;

анод;

насосы и трубопроводы;

клапан электромагнитный;

персональный компьютер.

Оборудование и установки, предназначенные для ионного азотирования, должны быть обязательно зарегистрировано в органах Госнадзора и проходить при пуске в работу, периодическое, техническое освидетельствование.

Работать с данным оборудованием допускаются лица не моложе 18 лет после прохождения обучения и аттестации комиссией с выдачей удостоверения на право производства работ. Периодическая проверка знаний производится не реже 1 раза в год.

Создание новых и модернизация имеющихся установок для ионного азотирования будет способствовать дальнейшему внедрению и развитию этого метода на предприятиях, работающих в машиностроении.

Применение ионного азотирования способствует повышению износостойкости, улучшению режущих свойств и росту производительности металлорежущего инструмента (резцы, сверла и др.).

Азотированная поверхность металлорежущего инструмента способствует, понижению коэффициента трения и улучшению отвода стружки предотвращая её налипание на режущие кромки.

Данные свойства азотированной поверхности способствуют увеличению значений подачи и скорости резания при металлообработке. Глубина азотированного слоя зависит от фазового состава стали металлорежущего инструмента.

Ионное азотирование является эффективным и перспективным методом повышения износостойкости металлорежущего инструмента.

На кафедре «Компьютерно-интегрированные системы в машиностроении» ФГБОУ ВПО «ТГТУ» активно развивается следующее направление научной деятельности: получение и обработка композиционных материалов, выбор и создание новых интеллектуальных САПР-ТП, а также адаптация систем автоматизированного проектирования технологических процессов механической обработки и сборки.

Литература:

1. Водин, Д. В. Ионная имплантация как перспективный метод повышения износостойкости металлорежущего инструмента. Автоматизированное проектирование в машиностроении: Материалы II международной заочной научно-практической конференции / НОЦ «МС». — Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ, 2015. — № 3. — 150 с.;
2. Григорьев, С. Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента: учебник для студентов втузов. — М.: Машиностроение, 2011. — 368 с.;
3. Пестрецов, С. И. Применение систем автоматизированного проектирования процессов резания при создании управляющих программ для станков с числовым программным управлением / С. И. Пестрецов, А. М. Муравьев, М. В. Соколов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. — 2014. — Вып. 1(50). — С. 146–152;
4. Алтунин, К. А. Концепция создания информационного обеспечения интеллектуальной системы автоматизированного проектирования процессов резания в технологии машиностроения: монография /К. А. Алтунин, М. В. Соколов — Тамбов: Студия печати Павла Золотова, 2015. — 112 с.
5. gigabaza.ru/doc/85177.html.