Способ упрочнения штампового инструмента
Использование: в способах поверхностных упрочняющих покрытий и может быть использовано в машиностроении. Цель изобретения - повышение стойкости штампов холодного деформирования, получаемое за счет осуществления способа нанесения покрытия на штамповый инструмент, включающего конденсацию многослойного покрытия из нитрида титана с адгезионным подсл оем, наносимым притоке дуги испарителя 60А. С целью повышения эксплуатационной стойкости штампов холодного деформирования рабочий слой наносят из достехиометрического нитрида титана при давлении азота 3-5 ТО мм рт.ст., токе дуги испарителя, увеличенном до 120А, на рабочий слой дополнительно наносят поверхностный слой при опорном напряжении , пониженном до 150В. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я) s С 23 С 14/34
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4790040/21 (22) 12.02.90 (46) 30.04.93. Бюл. N. 16 (71) Московский станкоинструментальный институт (72) Г.С.Фукс-Рабинович, В.Ф,Моисеев, А.С,Верещака, А.Н.Кузнецов, Г,К.Досбаева, А.А.Кацура, Н.К,Шаурова, А.И.Ковалев (56) Верещака А.С. и Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. M.: Машиностроение, 1986, с.190.
Патент ФРГ М 3404944, кл, С 23 С
17/00, опубл. 25.08.84. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ LUTAMllOBOГО ИНСТРУМЕНТА (57) Использование: в способах поверхностных упрочняющих покрытий и может быть использовано в машиностроении. Цель изоИзобретение относится к способам нанесения поверхностных упрочняющих покрытий и может быть использовано в машиностроении, Цель изобретения — повышение стойкости штампов холодного деформирования.
Цель достигается тем, что прилегающий к основе подслой конденсируют при давлениях азота до 9 .10 мм рт.ст„токе дуги испарителя 60А, опорном напряжении
200В, что обеспечивает высокую адгезию к подложке, а рабочий слой конденсируют при давлении азота 3 — 5 10 с увеличением тока дуги до 120А, причем на рабочий слой дополнительно наносят поверхностный слой при опорном напряжении 150В, что обеспечивает необходимый достехиометрический состав, структуру и комплекс меха нических cBQAGTB слоя. При этом рабочий Ц,„, 1812241 А1 бретения — повышение стойкости штампов холодного деформирования, получаемое за счет осуществления способа нанесения покрытия на штамповый инструмент, включающего конденсацию . многослойного покрытия из нитрида титана с адгезионным подслоем, наносимым при токе дуги испарителя 60А. С целью повышения эксплуатационной стойкости штампов холодного доформирования рабочий слой наносят из достехиометрического нитрида титана при давлении азота 3-5 10 мм рт.ст., токе дуги испарителя, увеличенном до 120А, на рабочий слой дополнительно наносят поверхностный слой при опорном напряжении, пониженном до 150В. 1 табл. слой покрытия включает: a -Ti (капельную фазу); достехиометрический нитрид титана
TiN; динитрид титана TizN. Включения капельной фазы имеют сложный композиционный характер с наличием вязкой сердцевины из а-Ti и твердость поверхностной зоны из TiN+TizN, Такая структура капельной фазы способствует предотвращению схватывания с заготовкой, Повышение тока дуги испарителя позволяет обеспечить повышенную текстуру слоя, что также понижает схватывание с заготовкой.
Кроме того, для минимизации схватывания в начальный период эксплуатации дополнительно формируют поверхностный слой с высокой текстурой, что реализуется за счет уменьшения опорного напряжения до 150В.
1812241
Перечисленные отличительные признаки являются существенными, т,к. позволяют обеспечить положительный эффект, выраженный в повышении стойкости штампов, и ранее не были известны.
Предложенный способ нанесения покрытия осуществлялся следующим образом.
Пример 1 (заявляемый обьект). Изготавливают рабочие детали штампа для вырубки листа магнитопровода из стали Х12М (HRC 59...60). После предварительной проМывки инструмент устанавливают в поворотное устройство установки "Булат".
Камеру откачивают до давления 2 10 мм рт.ст., включают устройство, прикладывают к барабану с инструментом отрицательное напряжение величиной 1 кВ; включают испарители и обрабатывают изделие в импульсном режиме. Параметры обработки; общее время — 4 мин; длительность импульса 30 с; длительность паузы — 30 с, После этого снимают напряжение да 20ОВ и производят осаждение прилегающего к основе подслая, Толщина подслая во всех примерах составляет 1-1,5 мкм. Толщина рабочего слоя — 4,0-5,5 мкм; поверхностного слоя — 1,0 мкм.
Поуают в установку азот при давлении
9 .10 мм рт,ст. Формируют подслой толщиной 0,5-1,0 мкм. Для обеспечения повышенной адгезии подслоя ток дуги устанавливают минимальным — 60А. Затем увеличивают давление и конденсируют рабочий слой при давлении не выше 5 10
-4 мм рт.ст. Ток дуги испарителя увеличивают до 120А. Бремя конденсации рабочего слоя — 30 мин, Затем формируют поверхностный слой в течение 10 мин при опорном напряжении, пониженном до 150В. Такой режим конденсации существенно улучшает эдгезию покрытия к подложке, обеспечивает необходимый комплекс механическйх свойств. Для штампов покрытие должно сочетать наивысшую возможную твердость и повышенное сопротивление сдвиговым нагрузкам (когезианную прочность) в рабочем слое при пониженной когезионной прочности в поверхностном слое из-за совершенной (97%-най) текстуры для минимизации интенсивного схватывания в начальные периоды эксплуатации.
Это обеспечивает максимальную износостойкость при тяжелонагруженном трении скольжения и наивысшую эксплуатационную стойкость при штамповке. Стойкостные испытания проводились при вырубке листа электротехнической стали 1521 (ГОСТ 21427,0 — 75).
Результаты стойкастных испытаний, исследований структуры и физико-механиче5 ские свойства приведены в таблице, Количество капельнай фазы определялось на приборе "Квантимент" с использованием метода в количественнои металлографии. Аксиальная текстура в по10 крытии определялась рентгеновским методом по способу Харриса на дифрактометре
ДРОН 3,0. Микротвердость изучалась на приборе ПМТ-3, вязкость — по методу Палмквиста; адгезия и когезия — методом скрай15 бирования при нагрузке 2,5 Н.
Износостойкость испытывали при трении скольжения при высоких нагрузках 400
МПа.
Пример 2. Нагрев инструмента в
20 последующих примерах аналогичен примеру "
Режимы конденсации адгезионного и рабочего слоев аналогичны примеру 1, Отличие — рабочий и поверхностный
25 слои канденсируют при опорном напряжении 2008. Это обуславливает некоторое понижение износостойкости, Пример 3. Рабочий слой наносят при
- давлениях 9 . 10" мм рт,ст., превышающих
30 уровень заявляемого объекта, Такой инструмент имеет меньшую стойкость иэ-за менее благоприятной структуры и свойств (меньшая когезионная прочность).
Пример 4, Рабочий слой наносят при
35 давлении 2 10 мм рт.ст„т,е, ниже уровня заявляемого объекта, Это вызывает падение твердости и изнасостойкости, tl р и м е р 5. Рабочий слой наносят аналогично примеру 1, но при токе дуги
40 160А, превышающем величину заявляемого объекта. При этом происходит перегрев основы стали Х12М. Твердость падает до недопустимого уровня (HRC 55.,56).
Пример 6. Рабочий слой наносят
45 аналогично примеру 1 при токе дуги испарителя 60А. При этом достигается меньшая твердость и, как следствие, меньшая износостойкость.
Пример 7. Поверхностный слой нано50 сят аналогично примеру 2, на при опорнбм напряжении 100Â, ниже уровня заявляемого обьекта.
Пример 8 (прототип). Рабочий слой формируют при давлении 3 .10, что обес55 печивает нанесение нитрида титана стехиометрического состава при запредельном значении параметров заявляемого объекта.
Формируемое покрытие характеризуется плохой износостойкостью, 1812241
Результаты сравнительных стойкостных испытаний вырубных штампов с покрытием в зависимости от параметров процесса конденсации и физико-механических свойств покрытий.
N N пп
Инстру ментальная основа
Содер жание азота в
Технологические параметры нанесения покрытия
Рабочий слой
Адгез. подслой рабочем слое,ь
Повер. слой ат. оп
Yon
PN2 мм. рт.ст. oï
Риг мм,рт,ст, Ig, А
ig, А адг.под слое.
9 10
5 10
150 42/37
200
120
200
5 10
9 10
9 10
9 10
200
200
120
200
60
200
120
200
200
2 10
120
200
200
200
5 10
160
200
200
Н
5 10
5 10
200
200
200
Н
200
200
120
200
60
3.10-з
200
200 55/37
200
° !
В процессе испытаний вырубной штамп с износостойким покрытием, нанесенным по режиме, приведенному в примере 1, показал стабильное увеличение эксплуатационной стойкости по сравнению с инструментом, упрочненным осаждением по режиму, принятому за прототип.
Предлагаемый способ нанесения покрытия позволяет существенно повысить твердость и когезию покрытия, что обеспечивает хорошее сопротивление усталостным нагрузкам, возникающим в процессе трения штампа.
Формула изобретения
Способ упрочнения штампового инструмента, включающий нанесение многослойных покрытий из нитрида титана на подложку иэ инструментальной стали, включающий нанесение прилегающего к основе адгезионного подслоя при токе дуги 60А, 5 опорном напряжении 200 В, и рабочего слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости штампов холодного деформирования, рабочий слой конденсируют иэ нитрида титана
10 достехиометрического состава при давлении азота (3 — 5) 10 мм рт.ст., токе дуги испарителя 120 А и на рабочий слой наносят дополнительный слой при опорном напряжении
15 150 В, 1812241
Продолжение таблицы Физико-механические свойства покрытия
Относи„Особенности структуры слоя
Вязкость, . н/м пп
Адгезия к основе ю 4дГ
Микротвердость, ГПа
Когезия
K ког в раб.слое
Аксиальная текстура (щ) о раб. слой повер. слой повер.
Choe
0,7
0,4
1,0
0,9
35.3,2
92 97
3 30
0,9
0,9
35 .
0,7
0,7
2,9
92 . 92
0,7
0,7
0,6
30.
2,3
4 . 27
0,8
2,6
0,9
0,9
Перегрев образца (подложки) 0,7
0,9
0,9,14
0,7
0,2
0,8
100
0,8
8 30
0,4
0,6
2,1
0,6
100
100
Редактор
Заказ f560 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
Количес тво капельной фазы в р а б слое. ь
Относит. износостойкос. при трении скольжения
Составитель Г.Фукс-Рабинович
Техред M. Моргентал Корректор M.Êóëü тельный коэффициент стойкости в ырубных штампов
