Режущий инструмент и способ его изготовления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 23 Р 15/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3833102/08 (22) 03.01.85 (46) 30.12.91, Бюл, N 48 (71) Всесоюзный научно-исследовательский инструментальный институт (72) В.П. Жедь, А.Г. Гаврилов, А.К, Синельщиков, Е.И, Курбатова, Л.А. Алексеев, Г.К.

Галицкая, И.Л. Полоцкий и В,И. Решетников (53) 621,9,25(088.8) (56) Физика и химия обработки материалов.

1979, ¹ 2, с, 169, (54)(57) РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1. Режущий инструмент, включающий основу, выполненную из инструментального материала, и нанесенное на ее рабочую поверхность износостойкое покрытие, о тл ича ющийся тем,что,сцельюповышения стойкости, структура рабочей поверхности материала основы содержит области аморфного строения с пассивированными коррозионностойкими компонентами материала основы.

2. Способ изготовления режущего инструмента, при котором в вакуумной камере осуществляют очистку и разогрев инструментальной основы бомбардировкой ионами испаряемого дуговым разрядом материала катода при одновременном приИзобретение относится к средствам металлообработки, в частности к режущему инструменту с износостойким покрытием и способу его получения.

Цель изобретения — повышение стойкости за счет повышения сцепляемости между рабочей поверхностью инструментальной основы и износостойким покрытием путем

Я2, 17Î1464 А1 ложении к инструментальной основе напря>кения смещения, после чего указанное напряжение снижают, одновременно вводят в ка,еру под давлением газ-реагент и выдерживают инструмент в указанных условиях до образования на его рабочей поверхности покрытия заданной толщины, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения стойкости, перед очисткой и разогревом инструментальной основы ионами испаряемого материала катода проводят импульсную бомбардировку рабочей поверхности основы указанными ионами путем периодического выключения дугового разряда при напряжении смещения и температуре на основе, не превышающей комнатную, а разогрев основы осуществляют до температуры, на 10-40 С ниже температуры кристаллизации аморфного материала основы.

3. Способпоп.2,отличающийся тем, что при использовании в качестве материала основы быстрорежущей стали, а в качестве материала катода-титана импульсную бомбардировку основы осуществляют импульсами длительностью не более 2 с, с паузами между импульсами 30 — 60 с, напряжением на основе 600 — 5000 В, а разогрев основы при очистке осуществляют до 450—

480ОС, уменьшения окисления рабочей поверхности, На фиг. 1 дана схема предлагаемого режущего инструмента; на фиг. 2 — схемы структурного строения рабочей поверхности инструментальной основы и редлагаемого p 8 o НсТ МеНТ ; на фиг. 3 — схема структурного строения рабочей поверхно1701464 сти у прототипа, на фиг; 4 — спектр распределения энергии коррозионностойкого компонента (хрома) инструментального матерлала в нелокализованном состоянии (а) и в локализованном (б) после импульсной бомбардировки рабочей поверхности, Режущий инструмент состоит из инструментальной основы 1 с рабочей поверхность1а 2, на которую нанесено износостойкое покрытие 3, Кроме того, основа может быть выполнена из кристаллического литого 1лли порошкового материала, или аморфного литого или порошкового материала, За СЧЕТ ТОГО, Чта КРИСтаЛЛИчЕСKàß структура рабочей поверхности 2 осIIQBbt

1 содержит локальные области аморфного строения, замедляющие процесс диффузли кислорода по границам кристаллов вглубь инструмента, режущая кромка сохраняет свои свойства не только в процессе нанесения покрытия 3, но и при эксплуатации инструмента. А это позволяет повысить стойкость последнего, Кроме того области аморфного строенля годер>кат каррозионностойкие компоненты инструментального матеоиала, например, хром, молибден, вольфрам и др. в Г1 ассивираванн<>м состоянии, замедляющел1 корроэи1о и также повыша1ощеM стойкость инструмента.

Описанный выше режущий инструмент может быть получен методом, ключа1ощим в себя предварительную обработку el.o рабочей поверхности импульсной бомбардировкой ионами испаряемого материала катода, последующу1О очистку и разогрев указанной поверхности теми же ионами и наконец конденсаци1о на нее покрытия в среде газа-реагента, Очлстка и разогрев поверхности основы, а так>к" конденсация покрытия осуществляются по известной технологии, традиционной для метода KQI! денсации вещества в вакууме ионной бомбардировкой (метод КИБ). Однако„ температура разогрева основы при очлстке поверхности перед нанесением покрытия дол>кна быть на 10 — 40 С ниже температуры кристаллизации аморфного материала основы (в случае, если основа полность1а выполнена из аморфного материала или содержит локальные области аморфного строения), Уменьшение температуры разогрева инструментальной поверхности по сравнению с традиционной дпя метода КИБ связано с необходимостью сохранения в инструментальном материале аморфной структуры, улучшающей свойства инструмента, При разогреве рабочел поверхности до температуры выше верхнего предлагае5

55 мого предела возникает возможность перехода аморфной структуры основы в кристаллическую, что снижает стойкость инструмента, При разогреве рабочей поверхности да температуры ниже предлагаемого предела снижается адгезионная связь покрытия с рабочей поверхностью, что также снижает стойкость инструмента, Что касается предварительной обработки инструментальной рабочей поверхности импульсной бомбардировкой ионами испаряемого материала катода, то она необходима для образования в кристаллической структуре материала основы областей аморфного строения с повышенными антикоррозионн,lMvi свойствами, B аморфной структуре материала основы указанная импульсная обработка способствует переходу корроэионностойких компонентов инструментального материала в аморфных областях в пассивированное состояние, чем также повышаются антикоррозионные свойства инструментального материала.

Параметры импульсной обработки могут быть рàэличь ыми и Bûáèраются в зависимости от материала основы и материала катода. Однако, при этом указанные параметры должны обеспечивать температуру на рабочей поверхности основы не выше комнатной.

В начальный момент ионной бомбардировки инструментальнол основы не происходит ее мгновенного разогрева по всей поверхности, а только в локальных областях, взаимодействующих с ионами.

При этом оплавление указанных.областей обеспечивается в результате передачи кинетической энергии ионов материала катода при соударении их с материалом осноBLI со скоростью, придаваемой указанным ионам напряжением смещения определенной величины. Эта величина в рассматриваемом случае 600 — 5000 В. При значении напряжения смещения менее 600 В оплавпение материала основы не происходит, а при его значении более 5000 В оплавляется режущая кромка инструмента, что ведет к снижению его стойкости.

При резком охлаждении оплавленных областей, обусловленном температурой основы не выше комнатной, а также паузой между импульсами, в них образуется аморфная структура, так как процесс кристаллизации не успевает произойти. При неправильна выбранных параметрах MMпульсной обработки, когда время паузы недостаточно для охлаждения локальных областе1л да комнатной температуры,.происходит их частичная кристаллизация, что снижает стойкость инструмента, 1701464

Кроме того в результате импульсного воздействия происходит локализация велентных электронов переходных металлов (Cr; Mo, W и др.) инструментального материала, в результате чего повышается их пас- 5 сивность при взаимодействии с кислородом воздуха, а следовательно, повышается стойкость инструмента, На фиг. 4 показан спектр распределения энергии связи атома хрома в нелокализованном состоянии (a) и в 10 локализованном состоянии (б) после импульсной бомбардировки, Плавное распределение энергии связи атома (фиг, 4, а) свидельствует о наложении валентных электронов хрома на его внеш- 15 ней электронной оболочке, Скачкообразное распределение энергии связи атома (фиг. 4, б) свидетельствует о переходе его валентных электронов в локализованное состояние, т.е, о переходе на внутренние 20 электронные уровни, что увеличивает их пассивность.

Пример . В вакуумную камеру установки типа ННВ 6,6-И1 с титановым катодом устанавливали партию сверл 25 диаметром 5 мм из стали Р6М5. Камеру эвакуировали до вакуума 5 10 мм рт.ст., зажи-5 гали дуговой разряд и испаряли им материал катода. К инструментальной основе прикладывали напряжение смещения 30

1500 В и проводили импульсную бомбардировку поверхности сверл ионами титана путем периодического выключения дугового разряда. Параметры импульсной бомбардировки: длительность импульса — 1 с., пауза 35 — 60 с.

В процессе импульсной бомбардировки с помощью параметра фиксируют температуру рабочей поверхности основы. После фиксации температуры выше комнатной им- 40 пульсную обработку прекращали и, не выключая дугового разряда, производили очистку и разогрев инструментальной основы до 480 С, при этом температура кристаллизации аморфных областей быстрорежущей стали 490ОС (разогрев твердого сплава проводят до 650 С, при этом температура кристаллизации аморфных областей твердых сплавов 680 С), По достижении указанной температуры напряжение смещения на сверлах снижали до 250 В и в камеру подавали азот, создавая в ней давление 3 10 мм рт.ст. Сверла выдерживали в указанных условиях в течение часа, формируя покрытие из нитрида титана толщиной 5 — 6 мкм. После этого разряд выключали, напряжение с основы снимали и сверла охлаждали вместе с камерой до комнатной температуры.

Стойкостные испытания проводились на машине трения типа АБ-1 с возвратнопоступательным движением образца, изготовленного из быстрорежущей стали (кристаллической, аморфной, литой и порошковой) с нанесенными на ее поверхность износостойкими покрытиями TiM, Ti/ CM /, Т /ОИ/, Ti /ВК/ и твердого сплава.

Режимы моделирующих испытаний; нагрузка в зоне контакта, Р(н) 18 — 20 кг/мм .

Скорость вращения (Ч) 20-60»/с, стойкость образцов с покрытием; например из нитрида титана, определяли как количество циклов нагружения (N) до разрушения единичного обьема шероховатости покрытия.

Стойкостные испытания проводились также непосредственно в условиях резания, например, при операции сверления.

Режимы стойкостных испытаний: скорость резания, Ч, 45 м/с; подача, S 0,18 мм/об; глубина резания, i 15 мм.

1701464

Составитель В,Золотов

Редактор А.Калениченко Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор M.Màêñèìèøèíåö

Заказ 4499 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101