Методика определения прочности сцепления покрытий с инструментальной основой

Ю.А. Цеханов, Е.А. Балаганская

Разработана методика исследования адгезионной прочности тонких покрытий, позволяющая моделировать условия работы покрытия на переходном криволинейном участке деформирующего элемента между рабочим конусом и цилиндрической ленточкой

Для определения адгезионной прочности тонких покрытий, а также для моделирования условий работы деформирующего инструмента с износостойким покрытием разработана следующая методика. Она основана на том, что если в покрытии, нанесенном на выпуклую криволинейную поверхность с радиусом , действуют сжимающие напряжения , то между основой и покрытием возникнут отрывающие нормальные напряжения , которые при достижении адгезионной прочности вызовут отслоение покрытия (рис.1.) Для тонкого покрытия отрывающие напряжения находятся из уравнения Лапласа: .

Если покрытие нанесено на вогнутую поверхность, то его отрыв может быть вызван действием растягивающих напряжений в покрытии.

Данный способ реализовывался следующим образом [1]. Из стали Х12Ф1 изготавливались плоские образцы толщиной b=4 мм с криволинейным участком радиусом =0,1; 0,2; 0,3 мм. На них на установке «Булат» наносилось покрытие на основе системы (Ti, Zr)N толщиной 8 мкм. Образец сжимался на прессе (рис. 2) до появления отслоений покрытия.

Рис. 1. Расчетная схема

Адгезионная прочность рассчитывалась по следующей формуле, полученной на основании исследования НДС покрытий:

,

где и - коэффициенты Пуассона покрытия и основы;

и модули их упругости;

- тангенциальное напряжение в материале основы на радиусном участке.

Рис.2. Способ определения адгезионной прочности покрытий

Для заданной геометрии образца, показанной на рис. 2, оно равно:

, МПа; ; b=4 мм; S=20 мм.

Следует отметить, что разработанная методика является одни из множества возможных методов реализации предложенного способа определения адгезионной прочности покрытий. [1, 2]

Разработанная методика определения кинематики установившегося пластического течения позволяет с достаточной точностью исследовать деформированное состояние при малых углах искривления линий тока, т.е. при деформирующем протягивании. Она позволяет реализовывать самые тяжкие условия работы этих покрытий при деформирующем протягивании и может быть использована для оптимизации свойств покрытий, технологических режимов их нанесения и для определения стойкостных диаграмм этих покрытий.

На основании установленных закономерностей разрушения покрытий на деформирующих элементах, доминирующим видом которого является малоцикловая усталость, показана необходимость исследовать стойкостные параметры в зависимости от трех факторов: числа циклов нагружения, суммарного пути трения и величины контактного давления.

Разработанная методика исследования адгезионной прочности покрытий позволяет определять ее для тонких покрытий толщиной 7 мкм, а также моделировать условия работы покрытия на переходном криволинейном участке деформирующего элемента между рабочим конусом и цилиндрической ленточкой.

Если процесс формирования покрытия не оказывает влияния на остаточные напряжения, уже возникшие в нанесенном слое, она позволяет получать законы распределения остаточных напряжений по толщине покрытия.

Список литературы

1. Заявка 4297328 СССР. Способ определения прочности сцепления покрытий с основой /Ю.А. Цеханов, С.Е. Шейкин, О.А.Розенберг – Положит. Решение от 10.08.89.

2. А.с. 1516902 СССР. Способ определения прочностных свойств покрытий. /Ю.А. Цеханов, С.Е. Шейкин, О.А.Розенберг – Опубл.23.10.89. Бюл. №39.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.09