Применение двойного шлифования изделия алмазной пудрой в качестве способа нанесения износостойкого покрытия

Изобретение относится к модификации поверхности инструмента из быстрорежущих сталей и твердых сплавов, в частности к способу формирования на поверхности твердого сплава износостойкого покрытия с микротвердостью не менее 2800 кГ/мм², и может найти применение для холодной и горячей механической обработки, например, резанием металлов и металлических сплавов, используемых в машиностроении и горном деле. Осуществляют последовательное двойное шлифование твердых сплавов алмазной пудрой. При первом шлифовании используют алмазную пудру АСМ 40/28, а при втором шлифовании используют алмазную пудру АСМ 14/10. Технический результат заключается в упрощении формирования покрытия. 1 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам модификации поверхности инструмента из быстрорежущих сталей и твердых сплавов, применяемого для холодной и горячей механической обработки, например, резанием металлов и металлических сплавов, используемых в машиностроении и горном деле.

Уровень техники

Известны различные способы нанесения износостойких покрытий на поверхность материалов.

Так, известен способ формирования износостойких покрытий (патент РФ №2026890 [1]), включающий нанесение на основу подслоя из легкоплавкого сплава, затем алюминийсодержащей композиции и последующее микродуговое оксидирование в щелочном электролите. Легкоплавкий сплав, образующий с металлом основы и алюминийсодержащей композицией твердые растворы, содержит, мас. %: медь 1-7; алюминий 2-7; никель 0,5-1,5; бор 0,05-0,1 и цинк - остальное. Микродуговое оксидирование проводят на 2/3 толщины слоя алюминийсодержащей композиции.

Известное техническое решение обладает определенной сложностью при реализации.

Для формировании алмазосодержащих покрытий известен способ получения сверхтвердого многослойного алмазоподобного покрытия на изделии (патент РФ №2360032 [2]), включающий предварительную плазменную очистку поверхности изделия в вакуумной камере ускоренными ионами при давлении 10^-3-10 Па, нанесение плазменным методом адгезионного слоя толщиной 1-500 нм из металла, выбранного из группы, включающей алюминий, хром, цирконий, титан, германий, или из кремния, или из их сплавов при одновременном приложении к изделию постоянного или импульсного отрицательного напряжения 1-1500 В, нанесение переходного слоя толщиной 1-500 нм, состоящего из смеси углерода и металла, входящего в группу, содержащую алюминий, хром, цирконий, титан, германий, или из кремния, или из их сплавов, при изменении по возрастающей концентрации углерода в этой смеси от 5-95 ат. % и при одновременном приложении к изделию постоянного или импульсного отрицательного напряжения 1-1500 В и нанесение по меньшей мере одного слоя углеродной алмазоподобной пленки с помощью катодного распыления графита, или лазерным распылением графита, или плазменной деструкцией углеродсодержащих газов или паров углеродсодержащих жидкостей.

Покрытие, формируемое в результате использования способа [2], действительно отличается повышенной износостойкостью, однако реализация данного способа в промышленных условиях требует значительных финансовых и временных затрат, что не всегда возможно в условиях современного промышленного производства.

В то же время, при обработке твердых сплавов известными методами и средствами, изложенными, например, в ГОСТ 9391-80 [3] (шлифование, полирование, травление), используют алмазную пудру при шлифовании их на чугунных кругах как одной из операций для определения пористости и микроструктуры, а также для доводки твердосплавных изделий до требуемых размеров [4].

Использование алмазной пудры во время шлифования с получением покрытия на обрабатываемой поверхности твердого сплава не известно из уровня техники.

Раскрытие изобретения

Предлагаемое изобретение направлено на новое, неизвестное ранее применение известного метода - операции двойного шлифования алмазной пудрой на чугунных кругах для нанесения износостойкого покрытия.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в расширении арсенала способов формирования алмазосодержащих покрытий на твердосплавных поверхностях, технологическом упрощении способа формирования такого покрытия, а также в сочетании его реализации с необходимыми при обработке твердых сплавов операциями двойного шлифования.

Поставленная задача решается тем, что заявляется применение последовательного двойного шлифования твердых сплавов алмазной пудрой для формирования на поверхности сплава износостойкого покрытия, обладающего микротвердостью не менее 2800 кГ/мм². При этом при первом шлифовании используют алмазную пудру АСМ 40/28, а при втором шлифовании используют алмазную пудру АСМ 14/10.

Заявляемое изобретение не следует из уровня техники явным образом, поскольку даже при известности такого объекта, как алмазная пудра, и известности его структуры и свойств, неизвестна такая возможность реализации назначения изобретения как факт формирования в процессе шлифования именно покрытия на поверхности обрабатываемого изделия. Более того, возможность реализации назначения обусловлена не известным свойством сверхтвердости алмаза, а взаимопроникновением частиц алмазной пудры и обрабатываемой поверхности.

Сущность заявленного изобретения поясняется нижеследующим описанием.

При проведении операций обработки твердосплавных поверхностей часто используют методы, приведенные в ГОСТ 9391-80. Было замечено, что, если проводить операцию шлифования при помощи алмазной пудры, то на обрабатываемой поверхности формируется алмазосодержащее покрытие за счет взаимопроникновения частиц приповерхностного слоя твердого сплава и алмазной пудры. В результате повторного шлифования алмазной пудрой более мелкой зернистости покрытие формируется окончательно.

Для оценки качества покрытия использовали метод измерения микротвердости. Как известно [5], микротвердость является интегральным параметром, зависящим одновременно от ряда механических величин: предела упругости, модуля упругости, пластичности, прочности и других.

Известно также, что действие износостойких покрытий основано на том, что на поверхность обрабатываемого материала наносится слой другого материала, обладающего большей твердостью [6]. Таким образом, твердость (или микротвердость) поверхностного слоя является мерой его износостойкости.

Для успешного проведения измерений микротвердости необходима соответствующая подготовка поверхности исследуемого материала: шлифование до 8-9 классов шероховатости либо полирование до 11 класса шероховатости. Поэтому в настоящее время мы используем метод, развитый в соответствии с ГОСТ 9391-80 во Всероссийском Научно-исследовательском и проектном институте тугоплавких металлов и твердых сплавов (ВНИИТС) для исследования пористости и микроструктуры твердых сплавов. Он включает двойное шлифование, затем полирование, после чего химическое травление для выявления микроструктуры. Мы воспользовались отдельными операциями этого метода для наших исследований.

Осуществление изобретения

Для подтверждения возможности реализации заявленного применения четыре режущих пластины из твердого сплава МС 146 одновременно подвергали последовательному двойному шлифования по методу, изложенному в ГОСТ 9391-80. Первое шлифование осуществлялось алмазной пудрой АСМ 40/28 в течение 30 минут, второе шлифование - алмазной пудрой АСМ 14/10 в течение 15 минут.

Оба шлифования осуществлялись на чугунных кругах. Микротвердость HV отшлифованных поверхностей образцов твердого сплава МС 146 измерялась микротвердомером ПМТ-3 при значении нагрузки Р=150 Г. Результаты измерений микротвердости четырех образцов представлены в таблице 1.

Согласно данным Московского комбината твердых сплавов (МКТС) о физико-механических характеристиках различных твердых сплавов типа МС, выпускавшихся им, микротвердость по Виккерсу твердого сплава МС 146 изменяется в пределах от 1320 кГ/мм² до 1460 кГ/мм².

Таким образом, двойное шлифование алмазной пудрой увеличивает микротвердость по Виккерсу поверхности твердого сплава МС 146 от 2958/1320=2,24 до 3481/1460=2,38 раз.

Следует подчеркнуть, что предлагаемое изобретение принципиально отличается от давно известного метода [7, 8] упрочнения твердых сплавов посредством шлифования их на алмазных кругах. Упрочнение в этом методе достигается за счет деформации приповерхностного слоя твердых сплавов [8], тогда как в предлагаемом изобретении шлифование осуществляется на чугунных кругах и на поверхность наносится износостойкое покрытие.

Предлагаемое изобретение может быть введено в технологический цикл заводов-изготовителей твердых сплавов при необходимости формирования покрытий на поверхности сплава, обладающих высокой степенью твердости и, как следствие, износостойкостью.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2029890 от 20.01.1995 г. «Способ формирования износостойких покрытий». Патентообладатель: Малышев В.Н. Авторы: Малышев В.Н., Малышева Н.В., Богданов А.К.

2. Патент Российской Федерации №2360032 от 27.06.2009 г. «Способ получения износостойких сверхтвердых покрытий». Патентообладатель: ООО «Специальные технологии». Авторы: Беляев B.C., Давлетшин А.Э., Плотников С.А., Трахтенберг И.Ш., Владимиров А.Б.

3. ГОСТ 9391-80. Сплавы твердые спеченные. Методы определения пористости и микроструктуры.

4. Энциклопедия по машиностроению. Том XXL. Оборудование, материаловедение, механика. Июнь 2011. Гл. 14. Восстановление режущих свойств инструментов. С. 682.

5. Урусовская А.А. Механические свойства кристаллов // Современная кристаллография. Т. 4. Москва: Наука, 1981. 486 с. Гл. 2, С. 141-142.

6. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. Москва: Металлургия, 1976, 524 с. С. 499-507.

7. Лошак М.Г., Александрова Л.И. Упрочнение твердых сплавов. Киев: Наукова думка, 1977, 148 с.

8. Горбачева Т.Б. Рентгенография твердых сплавов. М.: Металлургия, 1985, 103 с.

Способ формирования на поверхности твердого сплава износостойкого покрытия с микротвердостью не менее 2800 кГ/мм², включающий последовательное двойное шлифование посредством чугунного круга: на первом этапе шлифование в течение 30 мин с использованием алмазной пудры АСМ 40/28 и на втором этапе шлифование в течение 15 мин с использованием алмазной пудры АСМ 14/10.