Материал износостойкого покрытия металлорежущего инструмента

 

МАТЕРИАЛ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, преимущественно из быстрорежущей стали , включающий соединения нитридов, карбидов или карбонитридов гафния и одного из элементов IVa группы периодической системы элементов, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения стойкости инструмента при обработке титаносодержащих сплавов, в качестве элемента IV-a группы использован цирконий при следующем молекулярном соотношении компонентов , мол.%: Нитрид, карбид или карбонитрид 10-80 гафния с Нитрид, карбид или карбонитрид (Л Остальное циркония

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) .(51) 4 С 23 С 14/06

OllHCAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3511568/24-21 (22) 10. 10. 82 (46) 07. 03. 87. Бюл. Ку 9 (71) Всесоюзный научно-исследовательский инструментальньп институт (72) А. Г. Гаврилов, Г. К. Галицкая, В.П.Жедь, А.К.Синельщиков, Л.М.Рыбакова, Л.И.Куксенова, N.Í.Áóòoâà, И.А.Ординарцев, В.Г.Падалка и В.П.Доронин (53) 621.793.14(088.8) (56) Патент США N 4169913, кл. В 23 В 15/18, 1979.

Патент ClllA У 4264682, кл. В.23 В 15/04, 1981. (54)(57) МАТЕРИАЛ ИЗНОСОСТОЙКОГО

ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, преимущественно из быстрорежущей стали, включающий соединения нитридов, карбидов или карбонитридов гафния и одного из элементов IVa группы периодической системы элементов, отличающийся тем, что, с целью повьппения стойкости инструмента при обработке титаносодержащих сплавов, в качестве элемента IV-a группы использован цирконий при следующем молекулярном соотношении компонентов, мол.Е:

Нитрид, карбид или карбонитрид гафния 10-80

Нитрид, карбид или карбонитрид циркония Остальное

1128618

Изобретение относится к области металлообработки, B частности к изнсссстойким покрытиям из тугоплавких соединений, наносимым на металлорежущий инструмент.

Известен материал износостойкого покрытия металлорежущего инструмента, включающий соединения Hf с элементами С, N, О, Материал ча основе указанных тугсглавких соединений устойчив по отношению к титану титансодержащих обрабатываемых материалов (в условиях высоких температур, которые возникают при обработке в зоне резания, между покрытием и обраоатываемым ма-e,:.èëлом не протекает реакция взаимо действия указанных соединений с титлном, приводящая к разрушению покрытия1, Недостатком известного материала покрытия является невозможность его нанесения иснно-плазменными методами нл металлсрежущий инструмент из сыстрорежущей стали из-за ее разупрочнения, обусловленная большим атомным весом ускоренных ионов гафнил„бомбарпирующих основу в процессе ее предварительного разогрева и нанесения покрытия.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является материал износостсйксгс покрытия металлорежущегo инструмента, содержащий соединения нитридов, карбидов или карбо"..èTðèäoB гаф 1ия и с ного из элементов

Т"-а группы таблицы Менделеева, наив ример нитрида, карбида или карбонитрида титана, Покрыт ic Iз указанного материала

e!OkIBT Oi I Ь НЛНЕ СЕНС II3. OC НСБУ ИЗ быстрсрежуще11 стали,. не вызывая ее разупрсчпения. . - едсстатком известногс материала покрыт::1я является его малая стойкость при обработке титана и титановых сплавов,,так как тугоплавкие соединения на основе титана взаимодействуют c THTQIIoti обрабатываемых титлнссодержашнх материалов.

Целью изобретения является повышение стойкости метлллсрежущего инструмента при сбрабстке титаноссдержащих сплавсв.

Поставленная пель достигается тем, что B материале износостойкогс покрытия метлллорежущегo инструмента. преимушественно из быстрорежущей стали, включающем соединения нитридов, карбидов или карбонитридоь глфния и одного иэ элементов IV-a группы периодической системы элементов, в качестве элемента EV-а группы использован цирконий при следующем молекулярном соотношении компонентов, мол.Е:

Нитрид, карбид или карбонитрид гафния 10-80

Нитрид, карбид или карбонитрид циркония Остальное

Наличие в материале покрытия более легкого по сравнению с гафнием металла позволяет наносить его ионно-плазменным мстсдом на быстрорежущий и1 струмент,, не вызывая пережога сонoai:!, при этом соединения гафния с элементами С и/или N стабилизируют покрытие и препятствуют его разрушению. Это связано с высокой тер25 модинамической устойчивостью этих соединений по отношению к титану, так как изменение свободной энергии, соответствующее реакции замещения гафния на титан в его соединениях, отличается большой положительной не IH÷ëíoii в диапазоне температур ,О

20-1500 С, превышающих практически возможные температуры при обработке титана и его сплавов. Предложенный материал покрытия обладает более высокой стойкостью и при обработке других материалов, чем известный материал покрытия =-то объясняется

его более высокой тугоплавкостью.

Покрытие из материала предложен40 ного cocта13л может быть нанесено на режущий инструмент следующим образом.

1 ежущий инструмент с тщательно подготовленной поьерхностью основы, выполненной из быстрсрежущей стали

45 и п1 другогo инструментального материала, помещают в вакуумную камеру установки д.1я нанесения износостойких вскрытий и поверхность инструмента подвергают очистке и нагреву .

50 воздействием плазмы металлических ксмпонептов покрытия путем приложения к инструменту потенциала ускоряюще.; попы:1лазмы вакуумной дуги, горящей между анодом и расходуемым

55 катодом, выполненным из сплава элементoI3 .1.крытия.

Прн дс. 1:1ж -нин температуры инсто руi::ент;пi ;III3I I основы на 10-20 С ниже

1128618

Сравниваемые, покрытия

Ко эффициент повышения стойкости инстру мента с покрытием

Состав покрытия, мол.X

Стойкость инструмента

ИнстМатериал основы ру» кент

HfN TiN

ZrN

По аналогу (патент CiUA

Ф 4169913) 8 дет

ВК-8

100

Режущие пластины

Разупрочнение основы

Р18

Сверла

По прототипу (патент США

Ф 4264682) 10 мин

18 мин

Р18

Сверла

20

2 дет

ВК-8

Режущие пластины

3 дет

80 20

По предложенному техническому решению

90

Р18 Сверла 20 мнн

20

29 мин

1,6

Р18

0,9

15 мин

Сверла температуры ее разупрочнения (для стали — 520 С, для твердого сплава—

650 С) в камеру вводят метан и/или о азот до давления (2-5) .10 " Па и снижают величину ускоряющего потенциала на режущем инструменте до

50-300 В. Указанный режим выдерживают 1 ч, при этом толщина образующегося покрытия составляет 5-8 мкм.

Пример 1. На режущие плас- 10 тины из твердого сплава ВК-8 по 20 штук в каждой партии вакуумной дугой наносилось износостойкое покрытие из нитридов Hf u Zr (использовался катод из сплава 503 Hf и 50% Zr). 15

Режимы нанесения: поверхность инструмента очищалась при отрицательном ускоряющем напряжении 1,5 кВ, нанесение покрытия — при температуре основы 650 С, давлении азота (2 — 5) к 20

«10 " Па и времени нанесения 1 ч.

Коэффициент повышения стойкости сверл с указанным покрытием 2,1; пластин 1,8 (см. таблицу).

H р и м е р 2. В качестве материала катода использовался сплав Hf и Ti с соотношением компонентов

80X Hf и 20X Zr. Коэффициент повышения стойкости сверл с указанным покрытием 1,6, твердосплавных пластин 2, 3.

Пример 3. В качестве материала катода использовался сплав с соотношением компонентов 10K Hf u

90Z Zr.

Режимы обработки те же, что и в примерах 1 и 2. Коэффициент повышения стойкости инструментов при нанесении тугоплавких соединений указанного состава для сверл 1,1, для твердосплавных пластин 1,3 (см. таблицу).

Испытания покрытий, нанесенных, например, на сверло О 5 мм E = 85 мм из быстрорежущей стали Р18 проводились при сверлении отверстий глубиной !5 мм в деталях из титанового сплава BT-5 при охлаждении 10Х водной эмульсией и следующих режимах резания: S = 0,08 мм/об, V=7,5 м/мин.

Критерий затупления — скрип сверла.

За критерий затупления твердосплавных пластин принимается ухудшение качества обрабатываемой поверхности.

Из приведенной таблицы видно, что стойкость инструмента с износостойким покрытием из материала предлагаемого состава значительно превышает стойкость аналогичного инструмента с покрытием из ZrN (аналог изобретения) и из /Ti, Hf/N (прототип изобретения). 1128618 о

Продолжение таблицы

Сравниваемые покрытия

Состав покрытия, иол.Z

Материал Инстосновы ру иент

Стойкость инструиента

TiN

ZrN

15

Еаэупрочнение основы

50

24 мии

2,1

90

ВК-8

Ревущие пластины

4 дет

В0

SK-8

Ревущие 7 дет пластины

2,3

0 ° 7

2,6

15

50

1,8

Корректор И. Муска

Тираж 936

Заказ 2679

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Г. Бельская Техред М.Ходанич

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, iK-35, Раушская наб., д. 4/5

2 дет

8 дет

5,5 дет

Ео эффиииент повывенил стойкости инструмента с покрытием