Способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину из твердосплавного материала

Изобретение относится к обработке резанием в машиностроении, в частности к металлорежущему инструменту. Осуществляют осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения, затем второго слоя покрытия из тугоплавкого соединения с размером зерен 40-60 нм, после чего проводят магнитно-импульсную обработку в течение 15-20 минут. Обеспечивается повышение степени сцепления покрытия с основой и трещиностойкости пластин. 1 табл.

 

Изобретение относится к обработке резанием в машиностроении, в частности к металлорежущему инструменту, который содержит режущую пластину.

Известны различные марки твердых сплавов для изготовления режущих пластин (Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М: Металлургия, 1976, 528 с).

Технология изготовления твердосплавной режущей пластины состоит в следующем. Смесь порошков их карбидов вольфрама 96-85% по массе размером 0,5-3 мкм с кобальтом 6-15% по массе подвергают прессованию в виде режущих пластин различной формы (треугольной, пятигранной, шестигранной, ромбической), а затем спекают в печи в среде водорода или в вакуумной печи при температуре 1350-1480 C. После спекания пластины подвергают алмазной обработке.

Недостатком таких режущих пластин является их низкая износостойкость при высоких скоростях резания. В процессе резания кобальт быстро изнашивается, зерна карбидов обнажаются и вырываются силами трения с обрабатываемым материалом, что приводит к быстрому износу режущих кромок.

Известен способ изготовления режущей пластины путем осаждения покрытия нитридов титана (Верещака А.С., Работоспособность инструмента с износостойким покрытием. М: Машиностроение, 1993. - 336 с.). Такой способ изготовления режущей пластины позволяет повысить ее износостойкость до 2 раз при обработке конструкционных сталей. Известен способ изготовления режущих пластин с износостойким покрытием из нитрида титана методом магнитно-импульсной обработки (Булатов В.П., Козырев Ю.П., Кузнецов В.Г. и др. Влияние магнитно-импульсной обработки на триботехнические свойства плазменного покрытия из нитрида титана // Трение и износ, т.21, №6, 2000, с. Способ реализуется при изготовлении режущих пластин с покрытием из нитрида титана (TiN) с магнитно-импульсной обработкой с напряженностью магнитного поля H=10 А/м в одностороннем индукторе в течение 5-10 мин. Достигается повышение износостойкости в 1.5-2 раза при обработке конструкционных сталей по сравнению с режущей пластиной без магнитно-импульсной обработки.

Однако при резании заготовок из закаленных сталей и чугунов эффект оказался незначительным. Это связано с тем, что однослойное покрытие имеет высокие внутренние напряжения и большое количество капельной фазы, поэтому эффект от магнитно-импульсной обработки менее значителен.

В качестве прототипа принят способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину из твердосплавного материала, включающий осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения и магнитно-импульсную обработку (патент РФ №2101382, C23C 8/36, опубл. 10.01.1988).

Однако известный способ не обеспечивает достаточного сцепления покрытия с режущей пластиной и трещиностойкости покрытия, особенно при резании заготовок из закаленных сталей и чугуна, т.к. имеется только один слой покрытия, не наноструктурный.

Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.

Ставится задача повышения износостойкости режущих пластин при резании заготовок из закаленных сталей и чугуна.

Технический результат - повышение степени сцепления покрытия с режущей пластиной и трещиностойкости.

Этот технический результат достигается тем, что в способе вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину из твердосплавного материала, включающем осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения и магнитно-импульсную обработку, после осаждения первого слоя покрытия наносят второй слой покрытия из тугоплавкого соединения с размером зерен 40-60 нм, а упомянутую магнитно-импульсную обработку осуществляют в течение 15-20 минут после нанесения второго слоя покрытия.

Повышение работоспособности режущих пластин связано со снятием внутренних напряжений на межзеренных границах, что повышает сцепление покрытия с режущей пластиной, уменьшается вероятность отрыва частиц покрытия. Двухслойное покрытие содержит в верхнем слое наноразмерные частицы, а капельная фаза отсутствует.

Способ осуществляют следующим путем.

На твердосплавную режущую пластину осаждают вакуумно-плазменным методом (конденсация с ионной бомбардировкой - КИБ) двухслойное покрытие из тугоплавкого соединения толщиной 3 мкм с размером зерен 0,3-0,8 мкм и второй слой из тугоплавкого соединения толщиной 2 мкм и размером зерен 40-60 нм. Затем пластины устанавливают в державку, помещают в односторонний индуктор и подвергают магнитно-импульсной обработке с напряженностью магнитного поля H=10 А/м в течение 15-20 минут. Затем осуществляют процесс резания.

Пример осуществления способа.

На твердосплавную режущую пластину из сплава ВК8 осаждали вакуумно-плазменным методом (конденсация с ионной бомбардировкой - КИБ) двухслойное покрытие TiN - первый (нижний) слой толщиной 3 мкм с размером зерен 0,3-0,8 мкм и (MO, Nb) N - второй (верхний) слой толщиной 2 мкм с размером зерен 40-60 нм. Затем пластины устанавливали в державку и помещали в односторонний индуктор, где подвергали магнитно-импульсной обработке с напряженностью магнитного поля H порядка 10 А/м в течение 15-20 минут. Затем осуществляли процесс резания.

В других примерах наносили первый (нижний) слой покрытия из соединения (Ti Al)N, а второй (верхний) из соединения (Mo, Cr, Nb)N. Все действия осуществляли, как в вышеприведенном примере.

Испытывали также пластины с однослойным покрытием из TiN.

Изготовленные пластины испытывали при резании заготовок из закаленной стали 45 HRC 35-45 при скоростях резания V=80-120 м/мин, глубине резания t=2 мм и подаче S=0,2 мм/об. и чугуна СЧ18-36.

По результатам испытаний было установлено, что оптимальным является размер зерен во втором (верхнем) слое 40-60 нм. Более мелкие и более крупные зерна вызывали снижение стойкости инструмента.

Уменьшение времени магнитно-импульсной обработки до 10 минут снижало режущие свойства пластины. Увеличение времени магнитно-импульсной обработки до 25 минут так же снижало режущие свойства пластин.

Результаты испытаний полученных предлагаемым способом пластин при резании заготовок приведены в таблице.

Аналогичные данные получены и при резании других материалов.

Вид режущей пластины Время обработки резанием мин.
- Основа ВК8
Слой TiN (5 мкм) 8 10 14 10 8 8 8
- Основа ВК8
первый слой TiN
второй слой (Mo,Nb)N 23 23 23 27 32 20 20
Основа ВК8
первый слой (Ti, AL)N
второй слой (Mo, Cr, Nb)N 27 27 28 32 38 25 25
Время магнитно-Импульсной обработки, Мин. 0 5 10 15 20 25 30

Способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину из твердосплавного материала, включающий осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения и магнитно-импульсную обработку, отличающийся тем, что после осаждения первого слоя покрытия наносят второй слой покрытия из тугоплавкого соединения с размером зерен 40-60 нм, а упомянутую магнитно-импульсную обработку осуществляют в течение 15-20 мин после нанесения второго слоя.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к каталитическим оксидным покрытиям, а также к электрохимическим производствам, и может быть использовано при изготовлении электродных материалов.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для нанесения многослойных покрытий на поверхность изделий в виде тонких пленок. .

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для нанесения многослойных покрытий на поверхность изделий в виде тонких пленок. .

Изобретение относится к технологии повышения стойкости режущих инструментов за счет нанесения на их поверхность многокомпонентных износостойких покрытий. .

Изобретение относится к технологии получения многокомпонентных полупроводниковых материалов. .

Изобретение относится к вакуумно-дуговым устройствам для генерации плазмы и может быть использовано для нанесения различного рода металлических покрытий на поверхности изделий.

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к устройствам для вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения. .

Изобретение относится к способам получения электроизолирующих слоев вакуумным нанесением покрытия. .
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано при производстве распыляемых металлических мишеней для нанесения тонкопленочной металлизации различного назначения в микроэлектронике и других высоких технологиях.
Изобретение относится к области металлургического производства распыляемых металлических мишеней для микроэлектроники, а также к изготовлению интегральных схем и тонкопленочных конденсаторов на основе тантала и его сплавов.

Изобретение относится к способам нанесения вакуумно-плазменным методом многослойных износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.

Изобретение относится к способам нанесения вакуумно-плазменным методом многослойных износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.

Режущая пластина имеет противолежащие торцовые поверхности, расположенную между ними боковую поверхность и режущую кромку с радиусом округления, образованную на пересечении боковой поверхности по крайней мере с одной из торцовых поверхностей.

Изобретение относится к производству инструментов, режущая поверхность которых покрывается специальными покрытиями, повышающими характеристики резания. .

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. .

Изобретение относится к способам нанесения вакуумно-плазменным методом многослойных износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.

Изобретение относится к способам нанесения вакуумно-плазменным методом износостойких многослойных покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.

Изобретение относится к способам нанесения вакуумно-плазменным методом износостойких многослойных покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.

Изобретение относится к способам нанесения вакуумно-плазменным методом износостойких многослойных покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способу изготовления режущих пластин. .

Изобретение относится области металлургии, а именно к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент, и может быть использовано в металлообработке. Для повышения работоспособности режущего инструмента проводят вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия. Сначала наносят нижний слой из нитрида соединения титана, хрома и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 88,5-92,0, хром 4,0-6,0, молибден 4,0-5,5, затем - промежуточный слой из карбонитрида соединения титана, хрома и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 88,5-92,0, хром 4,0-6,0, молибден 4,0-5,5 и верхний - из нитрида соединения титана и хрома при их соотношении, мас.%: титан 91,0-94,0, хром 6,0-9,0. Нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют составными из титана и хрома и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают составным из титана и молибдена и располагают между ними, причем нижний и промежуточный слои наносят с использованием всех трех катодов, а верхний слой - с использованием первого и второго катодов. 1 табл.

Изобретение относится к обработке резанием в машиностроении, в частности к металлорежущему инструменту. Осуществляют осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения, затем второго слоя покрытия из тугоплавкого соединения с размером зерен 40-60 нм, после чего проводят магнитно-импульсную обработку в течение 15-20 минут. Обеспечивается повышение степени сцепления покрытия с основой и трещиностойкости пластин. 1 табл.

Наверх