TENKÉ VRSTVY NA ŘEZNÝCH NÁSTROJÍCH PRO TĚŽKOOBROBITELNÉ PLASTY VÝVOJ TENKÝCH VRSTEV APLIKOVANÝCH NA ŘEZNÝCH NÁSTROJÍCH



Podobné dokumenty
Aplikace tenkých vrstev ve strojírenství

Nové trendy vývoje tenkých vrstev vytvořených PVD a CVD technologií v aplikaci na řezné nástroje Antonín Kříž

SYSTÉM TENKÁ VRSTVA SUBSTRÁT V APLIKACI NA ŘEZNÝCH NÁSTROJÍCH

Tenké vrstvy nitridů kovů výroba, aplikace, vlastnosti

NÁSTROJ NEFUNGUJE, KDO ZA TO MŮŽE?

Vrstvy a povlaky 2007

NÁSTROJ NEFUNGUJE, KDO ZA TO MŮŽE?

VLIV ZPŮSOBŮ OHŘEVU NA TEPLOTNÍ DEGRADACI TENKÝCH OTĚRUVZDORNÝCH PVD VRSTEV ZJIŠŤOVANÝCH POMOCÍ VYBRANÝCH METOD

TEPLOTNÍ ODOLNOST TENKÝCH VRSTEV A JEJICH PŘÍNOS V OBRÁBĚNÍ TVRDÝCH OCELÍ. Antonín Kříž Petr Beneš Martina Sosonová Jiří Hájek

VLASTNOSTI TENKÝCH VRSTEV PŘI VYŠŠÍCH TEPLOTÁCH. Antonín Kříž Petr Beneš Martina Sosnová Jiří Hájek

Obrábění slitiny AlSi1Mg0,5Mn nástroji s progresivními tenkými vrstvami

VLIV MIKROSTRUKTURY SLINUTÝCH KARBIDŮ NA ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ A STROJNÍCH SOUČÁSTÍ

Analýza PIN-on-DISC. Ing. Jiří Hájek Dr. Ing. Antonín Kříž ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Západočeská univerzita v Plzni - Univerzita třetího věku - ak. rok 2008/2009 Povrchové inženýrství

Kontaktní cyklické testování materiálů pomocí IMPACT testeru. Antonín Kříž; Petr Beneš

Disertační práce. Souvislost metod hodnocení adhezívn. Martina Sosnová. Katedra materiálů a strojírenské metalurgie. Doc. Ing. Jana Skálová, CSc.

HODNOCENÍ VLASTNOSTÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA-SUBSTRÁT. Antonín Kříž. Vrstvy a Povlaky 2008

člen švýcarské skupiny BCI

Západočeská univerzita v Plzni. různých. povrchových modifikací. Univerzitní 22, Plzeň, ČR,

Moderní metody obrábění zvyšování řezivosti nástroje

Hodnocení opotřebení a změn tribologických vlastností brzdových kotoučů

TEPLOTNÍ DEGRADACE TENKÝCH OTĚRUVZDORNÝCH PVD VRSTEV. Autor: Ing. Petr Beneš Školitel: Doc. Dr. Ing. Antonín Kříž

ÚVOD DO INTEGRITY POVRCHU naše činnost. Antonín Kříž; Petr Beneš

Vývoj - grafické znázornění

Řezné materiály www. www t. u t n u g n a g loy o. y c. z c

Tenká vrstva - aplikace

NÁSTROJE A TECHNOLOGIE ČESKÉ VÝROBKY VE ŠPIČKOVÉ KVALITĚ

TEPLOTNÍ ODOLNOST PVD VRSTEV VŮČI LASEROVÉMU POVRCHOVÉMU OHŘEVU

TRIBOLOGICKÉ VLASTNOSTI SYSTÉMU TENKÁ VRSTVA-SUBSTRÁT TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF A THIN FILM-SUBSTRATE SYSTEM. Antonín Kríž a Jirí Hájek b

KATALOG NÁSTROJŮ PRO OBRÁBĚNÍ

OPOTŘEBENÍ A TRVANLIVOST NÁSTROJE

TENKÉ VRSTVY NA ŘEZNÝCH NÁSTROJÍCH PRO TĚŽKOOBROBITELNÉ PLASTY THIN FILM-COATED CUTTING TOOLS FOR HARD-TO-MACHINE PLASTICS

CYKLICKÁ VRYPOVÁ ZKOUŠKA PRO HODNOCENÍ VÝVOJE PORUŠENÍ A V APROXIMACI ZKOUŠKY OPOTŘEBENÍ. Markéta Podlahová, Ivo Štěpánek, Martin Hrdý

univerzálnost T9315 T9325 Nové soustružnické materiály

TRIBOLOGICKÁ ANALÝZA PIN-on-DISC. PIN-on-DISC TRIBOLOGICAL TEST. Jiří Hájek a Antonín Kříž b

Zkoušení mechanických vlastností zkoušky tvrdosti. Metody charakterizace nanomateriálů 1

COMPARISON OF SYSTEM THIN FILM SUBSTRATE WITH VERY DIFFERENT RESISTANCE DURING INDENTATION TESTS. Matyáš Novák, Ivo Štěpánek

Na počátku byla. obyčejná zvědavost,

ruvzdorné povlaky endoprotéz Otěruvzdorn Obsah TRIBOLOGIE Otěruvzdorné povlaky endoprotéz Fakulta strojního inženýrství

Tenké vrstvy. metody přípravy. hodnocení vlastností

Tenké vrstvy. aplikace metody přípravy hodnocení vlastností

III. Mezinárodní konference STROJÍRENSKÁ TECHNOLOGIE PLZEŇ

ANALÝZA POVLAKOVANÝCH POVRCHŮ ŘEZNÝCH NÁSTROJŮ

Teplotní degradace tenkých otěruvzdorných vrstev. Ing.Petr Beneš

Rohová fréza se šroubem upínanými břitovými destičkami. Pro stabilní rohové frézování i při vysokém zatížení.

STUDIUM MECHANICKÉHO CHOVÁNÍ ROZDÍLNÝCH SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SKLO POMOCÍ INDENTAČNÍCH ZKOUŠEK

VÝROBA ŘEZNÝCH NÁSTROJŮ S OTĚRUVZDORNÝMI TENKÝMI VRSTVAMI

EVALUATION OF INFLUENCE PREPARING OF SURFACE OF SUBSTRATE ON BEHAVIOUR OF SYSTEMS THIN FILM SUBSTRATE

SYSTÉM TENKÁ VRSTVA SUBSTRÁT V APLIKACI NA ŘEZNÝCH NÁSTROJÍCH THIN FILM-SUBSTRATE SYSTEM AS APPLIED TO CUTTING TOOLS. Antonín Kříž

EVALUATION OF FAILURES AND MODIFICATION OF SYSTEMS THIN FILM BASIC MATERIAL TO THE DEPTH OF MATERIAL SYSTEMS

HODNOCENÍ ŠÍŘENÍ PORUŠENÍ CYKLICKOU VRYPOVOU ZKOUŠKOU NA SYSTÉMECH S TENKÝMI VRSTVAMI

univerzálnost T9315 T9325 Nové soustružnické materiály

KATALOG NÁSTROJŮ PRO OBRÁBĚNÍ

LŠVT Mechanické vlastnosti: jak a co lze měřm. ěřit na tenkých vrstvách. Jiří Vyskočil, Andrea Mašková HVM Plasma, Praha

ÚSPĚCHY A PROBLÉMY PŘI REALIZACI TENKÝCH VRSTEV V PRAXI REALIZATION OF THIN LAYERS IN PRACTISE PROBLEMS, EXPERIENCES AND ACHIEVEMENTS.

CZ.1.07/1.1.30/ SPŠ

COMPARISON OF THIN FILM SYSTEMS WITH VERY DIFFERENT RESISTIVITY DURING INDENTATION TESTS. Matyáš Novák, Ivo Štěpánek

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ

Metalografie. Praktické příklady z materiálových expertíz. 4. cvičení

NOVÉ TRENDY VÝVOJE TENKÝCH VRSTEV VYTVOŘENÝCH PVD A CVD TECHNOLOGIÍ V APLIKACI NA ŘEZNÉ NÁSTROJE

ZÁKLADNÍ STUDIUM VLASTNOSTÍ A CHOVÁNÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SKLO POMOCÍ INDENTAČNÍCH ZKOUŠEK

MB4020 NÁSTROJE NOVINKY. Brání tvorbě otřepů a přispívá ke stabilizaci rozměrové přesnosti dokončovaných součástí.

Materiály. Produkty

Černé označení. Žluté označení H R B % C 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Nauka o materiálu. Přednáška č.12 Keramické materiály a anorganická nekovová skla

CENÍK OSTŘENÍ A POVLAKOVÁNÍ

, Hradec nad Moravicí

C Cr N Mo Ni Mn 0,3% 14,0 % 0,4 % 0,1% 0,4% 0,5%

Inovační vrták pro strojírenský sektor

COMPARISON PROPERTIES AND BEHAVIOUR OF SYSTEM WITH THIN FILMS PREPARED BY DIFFERENT TECHNOLOGIES

TEPLOTNÍ DEGRADACE TENKÝCH OTĚRUVZDORNÝCH PVD VRSTEV THERMAL DEGRADATION OF THIN WEAR RESISTANCE PVD COATINGS. Petr Beneš a Antonín Kříž b

Představení firem SHM a PIVOT

ASX445 NÁSTROJE NOVINKY. Stabilní čelní frézování při vysokém zatížení B017CZ. Čelní fréza Aktualizace


Hodnocení tribologických vlastností procesních kapalin

B210CZ MS6015 NÁSTROJOVÝ MATERIÁL ZE SLINUTÉHO KARBIDU S PVD POVLAKEM PRO OBRÁBĚNÍ MALÝCH DÍLŮ PŘESNĚJŠÍ TOLERANCE ROZMĚRU DESTIČKY

VYUŽITÍ PVD POVLAKŮ PRO FUNKČNĚ GRADOVANÉ MATERIÁLY

CENTRUM VZDĚLÁVÁNÍ PEDAGOGŮ ODBORNÝCH ŠKOL

EVALUATION OF SPECIFIC FAILURES OF SYSTEMS THIN FILM SUBSTRATE FROM SCRATCH INDENTATION IN DETAIL

HODNOCENÍ KOMBINOVANÉHO NAMÁHÁNÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SUBSTRÁT NA VYSOKOTEPLOTNÍM TRIBOMETRU

OBSAH str. B 3. Frézovací nástroje s VBD str. B 5

STUDIUM HLOUBKOVÝCH PROFILU PORUŠENÍ PO INDENTACNÍCH ZKOUŠKÁCH Z PRÍŠNÝCH VÝBRUSU. Monika Kavinová, Ivo Štepánek, Martin Hrdý

CPM REX 45 (HS) NÁSTROJOVÁ OCEL. Certifikace dle ISO 9001 CHEMICKÉ SLOŽENÍ CPM REX 45. Typické oblasti použití FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI.

C Cr N Mo Ni Mn 0,3% 15,0 % 0,5 % 0,95% 0,5% 1,0%

Vliv úpravy břitu monolitních fréz před PVD povlakováním na jejich trvanlivost

Požadavky na technické materiály

TRIBOLOGICKÁ ANALÝZA PIN-ON-DISC PIN-ON-DISC TRIBOLOGICAL TEST Antonín Kříž

HODNOCENÍ TENKÝCH VRSTEV - NITRIDICKÁ VRSTVA SUBSTRÁTOVÝCH SYSTÉMŮ EVALUATION OF THIN LAYER SUBSTRATE SYSTEM. Milan Vnouček a

BEZPEČNÁ PŘEPRAVA NA NOVÝCH KOLECH

Revoluce v soustružení korozivzdorné oceli

MECHANICKÉ VLASTNOSTI SYSTÉMU TENKÁ VRSTVA- SUBSTRÁT S ROZDÍLNOU TLOUŠŤKOU TiN

Řada WaveMill WEX. Jemný řez Vysoce výkonné frézovací nástroje CZ-64 ROZŠÍŘENÍ PROGRAMU

Adhezní síly v kompozitech

Integrita povrchu. Antonín Kříž

DRUHY A UTVÁŘENÍ TŘÍSEK

B210CZ MS6015 NÁSTROJOVÝ MATERIÁL ZE SLINUTÉHO KARBIDU S PVD POVLAKEM PRO OBRÁBĚNÍ MALÝCH DÍLŮ PŘESNĚJŠÍ TOLERANCE ROZMĚRU DESTIČKY

ZKOUŠKY MIKROLEGOVANÝCH OCELÍ DOMEX 700MC

OBRÁBĚ CÍ NÁSTROJE THE SURFACE ENGINEERS

ConeFit TM nabízí maximální flexibilitu.

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Teorie frézování

Transkript:

TENKÉ VRSTVY NA ŘEZNÝCH NÁSTROJÍCH PRO TĚŽKOOBROBITELNÉ PLASTY VÝVOJ TENKÝCH VRSTEV APLIKOVANÝCH NA ŘEZNÝCH NÁSTROJÍCH Tato přednáška vznikla sloučením dvou původních příspěvků, které jsou uvedeny ve sborníku na str. 152-163.

Obráběný materiál 2

3 Vliv sklonu vláken na kvalitu povrchu Zpočátku byla obava z vlivu vláken a to z důvodu možného abrazivního poškození břitu a rovněž z negativního ovlivnění kvality obrobené plochy.

Skutečný problém byl ve vytvoření defektních otřepů na obrobené ploše, aniž by nastalo výrazné opotřebení břitu nástroje. 4

Stav břitu v okamžiku špatné kvality obrobené plochy 5

Komplexní řešení cesta k úspěchu 6 13/58

Způsob řešení 7 Materiálové řešení: materiál nástroje povrchová úprava Geometrie nástroje: mikrogeometrie makrogeometrie Úprava technologie obrábění: v současné době jsou prováděny rozsáhlé zkoušky, které objasní tyto souvislosti. Prozatím je zjištěno, že při sousledném obrábění je kvalita obrobené plochy HORŠÍ než při nesousledném. 6 / 28

Průběh obrábění 8 Nesousledně Sousledně Celkem 363mm 190mm 553mm

Materiál nástroje Materiálové řešení 9 V současné době se aplikuje velmi jemný slinutý karbid K10UF K IC = 6,2 HV50 L MPa m 1/2 Lomová houževnatost KIC= 10,2±0,4 MPa m1/2

Úprava mikrogeometrie před depozicí 10 Omletí v ořechových skořápkách s brusivem Al 2 O 3 Otryskání1 Al 2 O 3 7 mikronové zrno Omletí 2 v ořechových skořápkách s brusivem Al 2 O 3 Otryskání2 diamantovým prachem unášeným gumovým granulátem

11 Před otryskáním Reálný stav běžně broušeného nástroje ze slinutého karbidu Po otryskání

Změna povrchu následkem předdepoziční úpravy břitu nástroje 12

(Makro) geometrie nástroje 13 ostatní - kombinace 50% řezné materiály 19% geometrie řezných nástrojů 1% tenké vrstvy 30% Rozdělení hlavních nároků patentových přihlášek v oboru řezných nástrojů v Německu. r. 2002 Zdroj: Evropský patentový úřad Mnichov

14

15 VÝVOJ TENKÝCH VRSTEV APLIKOVANÝCH NA ŘEZNÝCH NÁSTROJÍCH 1968 CVD depozice vrstvy TiC na řezné destičce ze slinutého karbidu Firma Ceratizit sídlí v rakouských Alpách v blízkosti jezera Plansee.

Co je to tenká vrstva? 16 Srovnání tloušťek lidského vlasu a vrstvy deponované CVD technologií (u PVD vrstev je tloušťka 1-5µm) 3/39

Rozšíření použitelnosti řezného nástroje 17 Vrstvy firmy LISS Platit a.s. Zdroj: Ceme Con, Kunden Magazin fur Beschichtungstechnologie, Science, Nr. 10, Januar 2004 Zdroj: Martin Kathrein, Aktuelle Entwicklungen in der Hartmetallbeschichtung, Ceratizit - Seminarkunde Důležité vlastnosti řezného nástroje tvrdost nízký koeficient tření tepelná bariéra

Systém tenká vrstva-substrát 18 Vrstva Rozhraní Substrát Deponované tenké vrstvy je třeba chápat jako systém, neboť vrstva pro svoji tloušťku dosahuje společně se substrátem specifických vlastností a chování. Samotné tenké vrstvy mají na rozdíl od objemových materiálů rozdílné vlastnosti a to nejen z důvodů svojí tloušťky, ale i následkem depozičních procesů, které lze označit jako nerovnovážné a iniciující vznik metastabilních fází.

19 Pro zajištění požadovaných vlastností je nutné věnovat pozornost všem složkám tvořící daný systém Otěruvzdorná vrstva Odolnost proti opotřebení Redukce tření Korozní odolnost Difúzní bariéra Tepelná bariéra Substrát Pevnost Tuhost Geometrie Mezivrstva Adheze Bariéra rozvoje trhlin Kompenzace dilatace a pnutí Modifikace struktury a morfologie

20 Moderní struktura vrstvy Monovrstva Monovrstva s adhezní vrstvičkou 80. léta Gradientní vrstva Zdroj: Martin Kathrein, Aktuelle Entwicklungen in der Hartmetallbeschichtung, Ceratizit - Seminarkunde

Moderní struktura vrstvy 21 Sendvičově řešená vrstva Skladba vrstvy Část výbrusu kaloty

Moderní struktura vrstvy - Nanostrukturované vrstvy 22 Nanovrstevná struktura Substrát 100 nm Zdroj: Pavel Holubář, Nová průmyslová technologie povlakování Přednáška Vrstvy a Povlaky 2003 Schématický postup šíření trhliny multivrstevným systémem

23 Nanokompozitní struktura; nc- (Ti 1-x Al x )/a-si 3 N 4 Model TEM obrázek monovrstvy nc-kompozitu Source: S. Veprek, TU München Zdroj: S. Veprek, TU Mnichov Nanorozměrové krystaly AlTiN jsou vsazeny do matrice Si 3 N 4 Zdroj: S. Veprek, TU Mnichov Měřeno v EPF, Lausanne

Tvrdost Tvrdost [GPa] 24 Zdroj: Cselle Tibor, přednáška Quo Vadis Coating, Vrstvy a Povlaky 2004 Nedeponované SK Zvýšení mikrotvrdosti aplikací progresivních tenkých vrstev TiAlSiN TiN TiAlN AlTiN TiAlSiN

Vývoj nanokompozitní vrstvy 25 2003: naco : TiAlN / SiN x : pro obecné použití 2004: nacro : AlCrN / SiN x : pro použití v obtížných podmínkách 2005: naco +: TiAlN / Si(+)N x +CBC: pro použití v těžkých podmínkách 2006: nacvic : AlCrN / SiN x + CBC: pro kombinované použití Zdroj: Cselle Tibor, přednáška Quo Vadis Coating 2007, Vrstvy a Povlaky 2006

naco nanokompozit založený na bázi Ti. nc-altin / a-si 3 N 4 Největší novinka roku 2006 v oblasti průmyslové aplikace tenkých vrstev na řezných nástrojích je AlCrN / SiNx + CBC (PLC) 26 nacro.. nanokompozit založený na bázi Cr nc-alcrn / a-si 3 N 4 The Camel-Curve : Nanocomposite Structure Eliminates Disadvantages of Conventional Coating nacro : Nanocomposite: (nc-alcrn)/(a- Si 3N 4 ) AlCrN Zdroj: Cselle Tibor, přednáška Quo Vadis Coating, Vrstvy a Povlaky 2004

Kluzné vrstvy 27 1,1 1,0 0,9 0,8 Srovnání - "PIN - on - DISC" ball Al2O3 Srovnání koeficientu tření PIN (kulička) AlTiN Al 2 O 3 MoS2 AlTiN Vrstva na bázi uhlíku 0,7 koef. tření 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 MoS 2 Vrstva na bázi uhlíku 0,1 0,0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 Dráha v km Krystalografická mřížka MoS 2

Polymer-Like Carbon (PLC) - Diamond-like carbon (DLC) Hybridizace orbitalů (a) sp, (b) sp2, (c) sp3 Hybridní orbitaly sp vzniknou hybridizací jednoho orbitalu s a jednoho orbitalu p. (a) (b) (c) Ternární fázový diagram vazeb u a C:H. 28 Změnou koncentrace vodíku a poměru sp2 / sp3 vazeb mohou být připraveny měkké polymer-like (PLC) vrstvy nebo tvrdé amorfní diamond-like carbon (DLC) vrstvy. Diamond-like carbon (DLC) vrstvy mají podobné mechanické, optické, elektrické a chemické vlastnosti jako přírodní diamant, ale nemají jednoznačnou krystalovou strukturu. Jsou amorfní a skládají se ze směsi sp3 a sp2 uhlíkových struktur. Zdroj: Sosnová M., Kříž A., Hájek J.: FRICTION THIN LAYERS, Vrstvy a Povlaky 2005

V minulosti byla hlavní pozornost věnována ekonomice obrábění 29 Hodnoty trvanlivosti T při limitním opotřebení VB=0,3 mm 250 200 Ra SK (v=38,52,63,80 m/min) TiN (v=54,64,72,80 m/min) TiN-TiP (v=50,60,70,80 m/min) TiAlN-AlP (v=48,57,68,77 m/min) TiAlSiN-alfa (v=52,62,73,80 m/min) TiAlSiN-beta (v=57,67,75,87 m/min) Trvanlivost T (min) 150 100 50 0 40 50 60 70 80 Řezná rychlost v (m/min) Ekonomická stránka je samozřejmostí, hlavní trend vývoje bude sledovat kvalitu, ekologický dopad a snadnou obnovitelnost nástrojů.

30 Trend vývoje požadavek na moderní nástroje s progresivními vrstvami: - Větší trvanlivost nástroje (využití v hromadné výrobě, automaty) - Obrobený povrch s vyšší kvalitou (lepší povrch při stejné ceně vyšší kvalita) - Obrábění s minimálním množstvím procesní kapaliny (ekologie, cena, starosti s recyklací a skladováním) - Reprodukovatelnost výsledků alespoň z 80% - Odstranění starých vrstev z nástrojů SK bez nutnosti následného přeostření

Vyplatí se depozice řezných nástrojů? 31 Ceny dle katalogu 60 Odvrtaná délka; Lf [m] Bez PVD Povlakovaný nástroj přeostřeno Přeostřeno+přepovlakováno Bez vrstvy TiN TiAlN 50 40 30 20 10 0 288,- Kč /1m odvrtané délky 28 7.4 4.5 4.5 Bez vrstvy 78,- Kč /1m odvrtané délky Depozice TiN Přeostřeno 27 Přeostřeno a deponováno Mat: 38MnV35 - Rm=800 N/mm 2 - Emulsion 7% K40UF - d=12.6mm - ap=13,5mm - vc=78 m/min - f=0.25 mm/u Quelle: DC, Stuttgart, Gühring, Sigmaringen 51 45,- Kč /1m odvrtané délky 288,- Kč /1m odvrtané délky Depozice 10.8 Bez Multivrstva TiAlN vrstvy Přeostřeno 50 Přeostřeno a deponováno

České firmy zabývající se depozicí tenkých vrstev 32 38/39

Povrchová úprava nástrojů v aplikaci obrábění sendvičových težkoobrobitelných plastů 33 Nanokrystalická vrstva TiAlSiN

34 Gradientní vrstva TiAlN s kluznou vrstvou na povrchu Monovrstva vrstva TiAlN

Testované nástroje a jejich povrchová úprava 35 1 4 7 12 14 17 22 23 26 30 33 36 39 Otrysk u dodavatele tryskacích strojů Otrysk u dodavatele tryskacích strojů Omleto u výrobce vrstvy TiAlN - gradientní Omleto u výrobce vrstvy Otrysk u dodavatele tryskacích strojů Otrysk u dodavatele tryskacích strojů Omleto u výrobce vrstvy TiAlSiN Beze změny Beze změny Omleto u výrobce vrstvy TiAlSiN Omleto u výrobce vrstvy Beze změny Beze změny Bez vrstvy TiAlSiN Bez vrstvy TiAlSiN TiAlN - monovrstva TiAlN gradientní s kluznou vrstvou Bez vrstvy Bez vrstvy TiAlSiN TiAlN - monovrstva TiAlN gradientní s kluznou vrstvou TiAlN gradientní s kluznou vrstvou TiAlN - monovrstva

Bylo obráběno 10 desek se stejnými řeznými podmínkami: n = 24 000 ot/min f = 3 600 mm/min (fz = 0,15) Po obrobení čtyř desek byly břity nástrojů zdokumentovány na řádkovacím elektronovém mikroskopu - po focení bylo provedeno frézování dalších 6 desek. 36 Celkové vyhodnocení chování nástrojů dle vrstev Varianta I. II. III. Prům. Gradientní TiAlN s kluznou vrstvou 1,78 1,33 2,00 1,71 1. Nanokompozitní TiAlSiN 1,55 2,11 2,00 1,89 3. Monovrstva TiAlN 1,78 1,56 2,00 1,78 2.

Technologické zkoušky v laboratorních podmínkách 37 Způsob opotřebení zahrnuje faktory, které mnohdy zůstávají nepovšimnuty -např. chvění nástroje nevyvážeností, nedostatečnou tuhostí nástroje, obrobku.

Cíl laboratorních testů porozumět dějům při obrábění 38

Mikrotvrdost 39

Mikrotvrdost Laboratorně předupravené povrchy vzorků + vzorky s průmyslovým povrchem 40 HIT Hupl. E We Wr 1bez změny substrátu 34,2 42,7 3,52 6,4 3,0 8 -TiAlN+uhlík. vrstva (bez změny substrátu) 28,3 33,5 3,5 5,8 3,8 11 - TiAlN+uhlík. vrstva (otryskání) 25,4 30,6 2,8 6,4 4,7 15 - TiAlN (beze změny) 38,9 49,3 4,0 6,1 2,7 22 - TiAlN(beze změny) 29,9 36,1 3,4 6,1 3,7 CSI TiAlSiN 30,3 37,5 3,1 6,6 3,1 DSI TiAlN+uhlík. vrstva 36,09 44,532 4,0 6,0 2,8 TSI - TiAlN 38,4 48,4 4,0 6,2 2,6

12 10 8 6 4 2 0 Energie elastické a plastické deformace 41 We/Wr [nj] 1bez změny substrátu 8 - TiAlN+uhlík. vrstva (bez změny substrátu) 11 - TiAlN+uhlík. vrstva (otryskání) 15 - TiAlN (beze změny) 22 - TiAlN(beze změny) CSI TiAlSiN (metal. leštěn) DSI TiAlN+uhlík. vrstva (met. leštěn) TSI - TiAlN (met. leštěn)

Scratch test vrypová zkouška 42 Parametry zkoušky při použití standardních podmínek měření 10 mm/min a 100 N/min., zatížení 0-100 N, indentor je diamantový Rockwellův kužel s vrcholovým úhlem 120 a s poloměrem zaoblení špičky hrotu 200 mm. Zatížení v místě, kde došlo k prvnímu porušení vrstvy (trhliny) LC1, porušení vrstvy většího rozsahu LC2, první odhalení substrátu LC3, totální odhalení substrátu LS

Testy s laboratorně upravenými povrchy 43 Vrstva TiAlSiN Tloušťka ~ 4,3 µm. Vrstva je celistvá, na několika místech nastalo rozmáznutí makročástic přejetím hrotu. Vrstva se neštěpí, má dobrou plasticitu. V oblasti vyšších zatížení nastává vrásnění vrstvy, které přechází v její štěpení, zejména podél hrany vrypu. Vzorek Vrstva má dobrou adhezi, ale to může být také ovlivněno její tloušťkou, která je v porovnání s ostatními cca dvojnásobná. TiAlSiN 16 ± 5 39 ± 10 58 ± 1 62 ± 1 L c1 Kritické zatížen ení Lc [N] L c2 L c3 L s

Vrstva TiAlSiN L c2 (39N) a L c3 (58N). 44

45 Vrstva TiAlN + PLC Tloušťka ~ 1,8µm. Vrstva podléhající plastické deformaci má dobrou odezvu. Neštěpí se, na okrajích vrypu se vyskytují pouze jemné trhlinky kohezivního charakteru. Uvnitř stopy se vrstva jemně vrásní, ale nedochází k žádnému vytrhávání. První odhalení substrátu nastává společně s celkovým odhalením při zatížení ~ 52N. Vzorek Kritické zatížen ení Lc [N] L c1 L c2 L c3 L s TiAlN +PLC 38 ± 2 47 ± 1 52 ± 0 52 ± 0

Vrstva TiAlN + PLC L c2 (47N) a L c3 = Ls (52N) 46

47 Vrstva TiAlN Tloušťka ~ 2,3µm. Vrstva se porušuje uvnitř stopy vrypu rozmazává se. S rostoucím zatížením dochází k ovlivnění hran vrypu. Vzorek Kritické zatížen ení Lc [N] L c1 L c2 L c3 L s TiAlN 21 ± 2 46 ± 0 53 ± 0 57 ± 2

48 Hodnoty kritických zatížení Vzorek L c1 [N] Kritické zatížen ení Lc [N] L c2 [N] L c3 [N] L [N] s TiAlSiN 16 ± 5 39 ± 10 58 ± 1 62 ± 1 TiAlN + PLC 38 ± 2 47 ± 1 52 ± 0 52 ± 0 TiAlN 21 ± 2 46 ± 0 53 ± 0 57 ± 2

49 Vzorek Popis porušení Vyhodnocení z hlediska A/K porušení TiAlSiN Rozmáznutí makročástic přejetím hrotu. Vrstva se neštěpí, má dobrou plasticitu. V oblasti vyšších zatížení nastává mírné vrásnění vrstvy, které přechází v její štěpení, zejména podél hrany vrypu 1 3 TiAlN + PLC Neštěpí se, na okrajích vrypu se vyskytují pouze jemné trhlinky kohezivního charakteru. Uvnitř stopy se vrstva jemně vrásní, ale nedochází k žádnému vytrhávání. Vrstva se pouze kohezivně porušuje až do dosažení L c3 a Ls. 3 1 TiAlN Vrstva se porušuje uvnitř stopy vrypu rozmazává se. Na okrajích vrypu nedochází k porušení, pouze po dosažení kritického zatížení L c3. 2 2

TRIBOLOGICKÝ TEST 50 Tribologický test metodou PIN-on-DISC není pouze prostředek k získání hodnot koeficientu tření určité materiálové dvojice, ale je jedním z nejdůležitějších laboratorních testů, který má za cíl určit charakter daného experimentálního materiálu a oblast jeho využití. Podmínky tribologického testu byly koncipovány tak, aby nastalo odhalení substrátu.

51 friction coefficient 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Průběh koeficientu tření TiAlN 7 000 TiAlSiN 15 000 TiAlN s kluznou vrstvou 10 000 0,1 0

Vrstva TiAlSiN V průběhu tohoto testu - 15 000 cyklů, nenastalo totální odhalení substrátu, vrstva je porušena pouze do mezivrstvy. Koeficient tření je po době záběhu ustálený na hodnotě ~ 0,55. Ve srovnání s vrstvou TiAlN je hodnota koeficientu tření nižší a stabilnější. Ve srovnání s vrstvou TiAlN+PLC je koeficient tření vyšší. Vrstva má evidentně výborné adhezivní chování. Abrazivní opotřebení se projevuje rýhami na povrchu způsobené především částicemi samotné vrstvy. Vrstva TiAlN+DLC Tato vrstva díky kluzné vrstvě PLC na povrchu systému vykazuje nejenom nejnižší koeficient tření ~ 0,1, ale i jeho stabilní průběh v rámci celého testu. V průběhu testu - 10 000 cyklů - lokální porušení, nenastalo totální odstranění, což zajišťuje systému výborné kluzné vlastnosti. Vrstva TiAlN Změny v průběhu koeficientu tření jsou s největší pravděpodobností způsobeny přechody mezi jednotlivými částmi systému vrstvy. Na rozdíl od předchozích vrstev nastalo odhalení substrátu již po 7000 cyklech. 52

vrstva TiAlSiN 15 000 cyklů 53 vrstva TiAlN + PLC 10 000 cyklů vrstva TiAlN 7000 cyklů

Nejlepší kluzné vlastnosti a tím i nejnižší koeficient tření má vrstva TiAlN + PLC, kdy se jedná o výbornou kombinaci tenké otěruvzdorné vrstvy, která má na svém povrchu vrstvu kluznou (PLC). I když hodnoty kritických zatížení patří k nejnižším je nutné uvažovat, že z hlediska adhezivně kohezivního chování vyniká vrstva mechanismem opotřebování. Vrstva TiAlSiN vyniká dobrou otěruvzdorností, avšak při vyhodnocování výsledků je třeba uvažovat její přibližně dvojnásobnou tloušťku v porovnání s ostatními vrstvami. Vrstva TiAlN vykazuje nestabilní průběh koeficientu tření a zároveň u ní jako u jediné během tribologického testu nastalo odhalení substrátu a to již po 7000 cyklech. 54

Scratch test vrypová zkouška Laboratorně předupravené povrchy vzorků + vzorky s průmyslovým povrchem 55 Vzorek Kritické zatížení Lc [N] L c1 [N] L c2 [N] L c3 [N] L s [N] TiAlSiN nanokompozitní vrstva 1 1 17 ± 0 46 ± 12 66 ± 6 72 ± 4 Omleto u výrobce vrstvy + TiAlSiN nanokompozitní vrstva 4 15 ± 4 32 ±9 69 ± 5 71 ± 4 Otrysk u dodavatele tryskacích strojů + TiAlSiN nanokompozitní vrstva 7 31 ± 14 45 ± 9 69 ± 2 72 ± 1 Beze změny - TiAlN gradientní vrstva 8 26 ± 7 32 ± 6 55 ± 2 57 ± 1 Otrysk u dodavatele tryskacích strojů + TiAlN gradientní vrstva 14 28 ± 11 36 ± 5 51 ± 7 56 ± 0 Beze změny - TiAlN monovrstva 15 25 ± 5 36 ± 1 57 ± 3 59 ± 2 Otrysk u dodavatele tryskacích strojů + TiAlN monovrstva 18 20 ± 5 29 ± 8 59 ± 2 64 ± 1 Omleto u výrobce vrstev (konkurence) + TiAlN monovrstva 19 15 ± 0 23 ± 0 57 ± 2 58 ± 1 Beze změny - AlTiN monovrstva 22 16 ± 3 32 ± 11 59 ± 1 59 ± 1 Metalograficky leštěn - TiAlSiN nanokompozitní vrstva CS1 16 ± 5 39 ± 10 58 ± 1 62 ± 1 Metalograficky leštěn TiAlN gradientní vrstva DS1 38 ± 2 47 ± 1 52 ± 0 52 ± 0 Metalograficky leštěn - TiAlN monovrstva TS1 21 ± 2 46 ± 0 53 ± 0 57 ± 2

Tribologická měření 56 Vzorky s průmyslovým povrchem Pořadí 2 - TiAlSiN nanokompozitní vrstva 5- Omleto u výrobce vrstvy + TiAlSiN nanokompozitní vrstva 9 - Beze změny - TiAlN gradientní vrstva 16 - Beze změny - TiAlN monovrstva 20 - Otrysk u dodavatele tryskacích strojů bez vrstvy 21 - Omleto u výrobce vrstvy bez vrstvy 29 - Beze změny - AlTiN monovrstva 7 2 4 3 1 5, 6 5, 6

Tribologická zkouška za rotace 57 Rychlost rotace polypropylenového tělíska 3000 ot./min. Test byl rozdělen na několik časových úseků po 5.,15.,30.,60. a 90. minutě. Detail stopy vzorku bez vrstvy s vyznačením jednotlivých druhů opotřebení po 30 minutách testu

58 Stopa opotřebení vzorku bez vrstvy po 90 min. testu. Záznam byl proveden pomocí konfokálního mikroskopu. Stopa opotřebení vzorku s vrstvou TiAlN+DLC po 90 min. testu. Záznam byl proveden pomocí konfokálního mikroskopu. Při tribologickém testu za rotace testu se potvrdil velmi důležitý poznatek. Skleněná vlákna, která jsou chaoticky umístěna v polypropylenu, neovlivňují výrazně mechanismus poškození povrchu. V žádném sledovaném případě nebyly shledány výrazně degradující stopy po abrazivním opotřebení.

59 ZÁVĚR Na základě laboratorních testů a získaných korelačních srovnání s technologickými zkouškami byla navržena vrstva TiAlN s povrchovou kluznou vrstvou. Cílem této vrstvy bude především tlumit rázy, které se mohou iniciovat při chvění nástroje popř. obrobku. Rovněž bude v okamžiku krizových situací zabraňovat náhlé změně mikrogeometrie. Ta bude spočívat jednak ve větší otěruvzdornosti, která bude zajištěna nejen tvrdou vrstvou TiAlN, ale i měkkou kluznou vrstvou na povrchu.

Prezentaci upravené přednášky je možné stáhnout na internetové adrese: www.ateam.zcu.cz