Способ упрочнения режущего инструмента из быстрорежущей стали

 

Сущность изобретения: режущий инструмент из быстрорежущей стали подвергают азотированию в тлеющем разряде, после чего наносят многослойное покрытие из нитрида титана методом КИБ. Прилегающий к основе слой конденсируют с равномерно нарастающим напряжением подложки 0-100 В, а рабочий слой осаждают при напряжении не выше 100 В. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 23 С 8/36

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕ НТУ

О

C)

Ы ) (л) (21) 4887674/02 (22) 04.12.90 (46) 23.01.93. Бюл. М 3 (71) Московский станкоинструментальный институт (72) Г.С.Фукс-Рабинович, А.И.Додонов, В, С,Огай, В. Ф.Моисеев, Н. К, Шаурова, Г.К.Досбаева и С.Н,Афанасьев (75) Г.С,Фукс-Рабинович (56) Аксенов И.И. и др. Покрытия, полученные конденсацией плазменных потоков в вакууме. Украинский физический журнал, т.24. N 4, с.515 — 524.

Предлагаемое изобретение относится к способам нанесения поверхностных упрочняющих покрытий и может быть использовано в машиностроении, Известен способ комбинированного упрочнения режущего инструмента, включающий: азотированную в тлеющем разряде подложку из быстрорежущей стали и износостойкое покрытие из нитрида титана, наносимое методом КИБ.

Недостатком указанного способа является низкая адгезия покрытия к основе и наличие частиц капельной фазы, снижающей стойкость инструмента при резании.

Наиболее близким по технологической сущности является способ нанесения покрытий, включающий конденсацию однослойного покрытия от испарителя с магнитной сепарацией капельной фазы при опорном напряжении 100 — 150 в, Недо татком известного технического решения является резкий градиент свойств между рабочим слоем и подслоем, что не позволяет обеспечить достаточную адгезионную прочность покрытия, „„5U 1790624 А3 (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ РЕЖУЩЕГО

ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ

СТАЛ И (57) Сущность изобретения: режущий инструмент из быстрорежущей стали подвергают азотированию в тлеющем разряде, после чего наносят многослойное покрытие из нитрида титана методом КИБ. Прилегающий к основе слой конденсируют с равномерно нарастающим напряжением подложки 0-100 В, а рабочий слой осаждают при напряжении не выше 100 В. 1 табл, Целью изобретения является повышение стойкости инструмента за счет повышения адгезии покрытия к инструментальной основе, Указанная цель обеспечивается тем, что покрытие наносится многослойным, с прилегающим к основе подслоем, который конденсируют при равномерно нарастающим напряжением подложки от 0 до 100 в и с рабочим слоем, осаждаемым при напряжении не более 100 в.

Важно, что изменение напряжения в прилегающем к основе подслое позволяет плавно изменить адгезионные свойства от основы к рабочему слою за счет постеленного изменения свободной энергии подслоя, что выражается в постепенном усилении аксиальной текстуры (111) в нитриде титана 0 — 100%.

Рабочий слой должен наоборот иметь минимальную поверхностную энергию, что реализуется при наличии 100% аксиальной текстуры (111) в нитриде титана, что реализуется при напряжении, не превышающем

100 в. Увеличение опорного напряжения

1790624

55 свыше 100 в вызывает образование двойной текстуры (111) и (110), что увеличивает свободную энергию системы и ухудшает фрикционные свойства на поверхности режущего инструмента.

Перечисленные отличительные признаки являются существенными и ранее никогда не были известны, Предложенный способ нанесения комбинированного покрытия осуществляется следующим способом, Пример 1. Изготовляют режущий инструмент (сменные многогранные пластины длиной 12 мм) из стали Р6М5 (HPC

64...65). После предварительной промывки инструмент устанавливают в камеру установки ННВ-6.10/6-И1 для ионного азотирования. Азотирование проводят при следующих параметрах; температура нагревателей при косвенном нагреве 450 С; давление диссоциированного аммиака — 2 мм рт.ст.; плотность ионного тока — 0,3 мА/см"; время процесса — 20 мин.

На втором этапе азотирования режущий инструмент устанавливают в поворотное устройство установки Н Н B-6,10/6-И1 с испарителем с магнитным сепаратором капельной фазы, Выполняют очистку и нагрев до 500 С инструмента в аргоне при напряжении 400 В, токе дуги испарителя 100А, давлении аргона (5)10 мм р».ст. в течение

10 мин.

После очистки снижают опорное напряжение до 0 в и начинают оса>кдение прилегающего к основе переходного слоя, Этот слой наносят следующим образом (толщина слоя во всех примерах составляет 1 — 2 мкм).

Порают в установку азот при давлении

5 10 мм рт.ст. Токовые параметры на испарителе и сепараторе такие же, как при чистке поверхности в аргоне, Формируют подслой толщиной 0,5-1,0 мкм, Затем увеличивают опорное напря>кение до 50В и конденсируют следующий подслой толщиной 0,5 — 1,0 мкм. После конденсации второго подслоя конденсация переходного слоя завершается. Рабочий =пой покоытия осаждается при давлении 5 10 мм рт.ст„ опорном напряжении 100в и тех же токовых параметрах. Толщина рабочего слоя 5 — 6 мкм (во всех примерах).

Такой режим конденсации существенно улучшает адгезию покрытия к азотированной подложке, что увеличивает стойкость режущего инструмента. Результаты стойкостных испытаний, исследований структуры и физико-механических свойств покрытий представлены в таблице 1, 5

Отсутствие капельной фазы контролировалось на поверхности образца с помощью прибора HEOcD0T 30, Твердость определяли на приборе ПМТ-З, адгезию покрытия к основе методом скрайбирования при нагрузке 5Н.

Аксиальную текстуру в покрытии из нитрида титана определили методом Харриса на дифрактометре ДРОН 3,0 (4), Режущие свойства пластин с покрытием изучались при продольном течении стали 45 на станке

1К62 при следующих режимах резания: скорость — 50 м/мин; подача — 0,25 мм/об; глубина — 1,0 мм, Определяли относительную стойкость инструмента при величине износа по задней грани 0,5 мм.

Пример 2. Переходный слой формируют при нулевом напряжении на подложке — нижнем уровне напряжения в заявляемом объекте. Адгезия покрытия ниже оптимальной из-за резкого градиента структурных характеристик между подслоем и рабочим слоем.

Пример 3. Переходный слой формируют при напряжении 150в, превышающем верхний уровень напряжений в заявляемом объекте, Это вызывает перегрев основы и повышение адгезии из-за формирования двойной текстуры (110+111).

Пример 4. Переходный слой формируют при напряжении 50в, что ниже, чем верхний уровень напря>кений в заявляемом объекте. Это обуславливает невысокую адгезию из-за наличия заметной (60/) эксиальной текстуры в переходном слое.

Пример 5. Переходный слой формируют при напря>кении, постоянно нарастающем от 0 до 50в, Адгезия покрытия и стойкость инструмента ниже оптимальных из-за наличия градиента свойств между переходным и рабочим слоем.

Пример 6. Переходный слой формируют при напряжении, постоянно нарастающем до 150в. Происходит перегрев инструмента, формируется двойная текстура, что снижает адгезию, Пример 7. Рабочий слой формируют при напряжении 150в, превышающем уровень заявляемого объекта. В рабочем слое формируется двойная текстура, что снижает стойкость инструмента и уменьшает адгезию к основе, Для предотвращения перегрева подложки конденсацию необходимо вести в импульсном режиме.

П р и м е о 8. Рабочий слой формируют при напря>кении 50в, ниже, чем в заявляемом объекте, В рабочем слое формируется

50 Д -ная текстура, что уменьшает адгезию к

1790624 результаты исследований структуры и свойств многослойных комплексных покрытий из нитрида титана. нанесенных от испарителя с магнитной сепарацией капельной фазы а зависимости от технологических параметров процесса конденсации

Относит. j Примечакозф-т ние кстура. Механические свойства стойкости абочий слое кааффициент адгезии микротверд. Нои

ГПа

7.0

4.6

100

0.7

0.4

24

Перегрев основы

4,2

100

0.35

0.5

24

Перегрев основы

Импульсная конденсация

5,0

0.6

20 меш. екст. ! ч100)

1) 60 д

1)100 з

24.0

3.2

3.8

1,9

0.2

1.0

55 основе из-за градиента свойств и снижает ст ойкость инструмента.

Пример 9 (прототип). Подслой и рабочий слой формируют при неизменном опорном напряжении 100в, Адгезия такого покрытия низка, соответственно невелика стойкость инструмента, В процессе испытаний инструмент с износостойкими покрытиями, нанесенными по режиму, приведенному в примере 1, показал стабильное увеличение адгезии покрытий к азотированной основе и, как результат увеличение стойкости по сравнению с инструментом, упрочненным осаждеФормула изобретения

Способ упрочнения режущего инструмента из быстрорежущей стали, включающий азотирование в тлеющем разряде и нанесение многослойного покрытия из нитрида титана методом КИБ, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения стойкости нием покрытий по режиму, принятому за прототип, пример 9.

Предложенный способ нанесения покрытий позволяет заметно повысить их ад5 гезию к азотированной основе, что обеспечивает хорошее сопротивление высоким нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации инструмента, Таким образом изобретение создает по10 ложительный эффект в увеличении адгезии к инструменту ионна-плазменных покрытий, нанесенных от источника с магнитной сепарацией капельной фазы в 3,5 раза по сравнению с прототипом, 15 инструмента за счет повышения адгезии покрытия к азотированному инструменту, прилегающий к основе слой конденсируют с равномерно нарастающим напряжением

20 подложки or 0 до 100В, а рабочий слой осаждают при напряжении не выше 100В.

1790624

Лонг

Ce7J CМ77РЛ F &Sr >uzi.ÐàÐ с л,сГ „,д>

"! // 2-ic . л,E гсс

Составитель И,Дашкова

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско

Редактор

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

Заказ Зб8 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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