Слоистый материал для режущего инструмента
Изобретение относится к металлургии, к композиционным твердосплавным слоистым материалам, состоящим из основы и покрытия и предназначенным для изготовления режущего инструмента. Сущность: материал содержит основу из спеченного твердого сплава на основе карбидов и/или нитридов тугоплавких металлов и связки из металлов группы железа. Центральная зона основы содержит 80-95% углерода и/или азота от стехиометрического содержания. Приповерхностный слой содержит98-100% азота и/или углерода от стехиометрического содержания, а содержание связки изменяется от 0,7-0,8 среднего содержания на поверхности слоя до 1,2-1,3 среднего содержания на границе с центральной зоной. Сверху нанесено покрытие из твердых соединений тугоплавких металлов и/или оксида алюминия. Эксплуатационная стойкость режущего инструмента повышается в 2,4- 2,7 раза. 1 табл. ел с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 С 22 С 29/02, В 22 F 7/02
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО CCCP (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,ц;„„, „, ","
К ПАТЕНТУ (21) 4948234/02 ,22) 24.06.91
46) 07,03.93. Бюл, Q 9
71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов ,(72) А.И. Аникеев, И.Ю. Коняшин, B,К. Сенчихин, М,М, Смирнова, B.À. Новожонова, Н,Н. Золотарева, А.Д. Пельц и С.Л. Гайдук (73) Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов и Кировградский завод твердых сплавов (56) Заявка ЕР Ф 0246211, кл. С 22 С 29/02, 1987, (54) СЛОИСТЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА (57) Изобретение относится к металлургии, к композиционным твердосплавным слоИзобретение относится к металлургии, твердосплавным слоистым материалам, состоящим из основы и покрытия и предназначенным для изготовления режущего инструмента.
Целью изобретения является повышение стойкости режущего инструмента особенно при фрезеровании.
Поставленная цель достигается тем, что в слоистом материале для режущего инструмента, состоящем из твердого сплава на основе карбидов и/или нитридов тугоплавких металлов и связки иэ металла группы железа, включающем поверхностный слой, подслой и сердцевину, причем поверхностный слой имеет повышенное содержание углерода и/или азота и пониженное содержание связки по отношению к их содержам ЯЦ „, 1801141 АЗ истым материалам, состоящим из основы и покрытия и предназначенным для изготовления режущего инструмента. Сущность: материал содержит основу из спеченного твердого сплава на основе карбидов и/или нитридов тугоплавких металлов и связки из металлов группы железа. Центральная зона основы содержит 80-950/ углерода и/или азота от стехиометрического содержания.
Приповерхностный слой содержит 98 — 100 j азота и/или углерода от стехиометрического содержания, а содержание связки изменяется от 0,7-0,8 среднего содержания на поверхности слоя до 1,2 — 1,3 среднего содержания на границе с центральной зоной, Сверху нанесено покрытие из твердых соединений тугоплавких металлов и/или оксида алюминия, Эксплуатационная стойкость режущего инструмента повышается в 2,42,7 раза. 1 табл. нию в сердцевине, подслой имеет пониженное содержание углерода и/или азота и повышенное содержание связки по отношению к их содержанию в сердцевине, и покрытие иэ твердых соединений тугоплавких металлов и/или оксида алюминия, предлагается выполнить подслой с содержанием углерода и/или азота 80 — 95 /, от стехиометрического содержания, а в поверхностном слое — 98 — 100;ь, при этом содержание связки в поверхностном слое составляет 0,7 — 0,8, а содержание связки в подслое составляет 1,2 — 1,3 от их содержания в сердцевине.
Выполнение поверхностного слоя с изменяющимся содержанием связки предотвращает растрескивание этого слоя при ударном контакте с обрабатываемым мате1801141
55 риалом, что повышает эксплуатационную стойкость режущего инструмента, Этому же способствуют предлагаемые пределы изменения содержания связки, так как обеспечивают оптимальное сочетание твердости и прочности материала по толщине слоя.
Основа предлагаемого материала может быть изготовлена из твердого сплава на основе карбида вольфрама с кобальтовой вязкой (4 — 15 мас. ), из твердого сплава на основе карбида вольфрама, содержащего также сложный карбид титана (тантала) и вольфрама. с кобальтовой связкой (4-15 мас. ). Твердая фаза твердого сплава может содержать также нитриты (например TiN).
Основа может быть выполнена также из твердого сплава на основе карбонитрида титана или твердого раствора карбонитридов с никель-молибденовой связкой.
Содержание углерода и/или азота в центральной зоне основы (80 — 95o от стехиометрического содержания) обуславливает наличие д-фазы или интерметаллидов типа
NigTi в этой зоне (до 35 об. ), д-фаза или интерметаллиды равномерно распределены в объеме сплава, В приповерхностом слое д-фаза и инте рметаллиды отсутствуют (это обеспечивается содержанием углерода — 98 — 100 от стехиометрического содержания). Это обуславливает повышение ударной вязкости, прочности и пластичности матерИала этого слоя, что предотвращает образование трещин при ударных нагрузках. Этому же способствует плавное изменение содержания металла-связки по толщине слоя.
Толщина этого слоя составляет 2502000 мкм (0,25 — 2 мм), Поверх слоя с переменным содержанием связки расположено покрытие общей толщиной 4 — 8 мкм из TiC, TiCN, TiN, ZrN, HfN и т.п. и/или А!20з, Предлагаемый слоистый материал получают следующим образом.
Основа из спеченного твердого сплава может быть получена различными способами.
Порошок карбида вольфрама (возможно и сложных карбидов) с недостатком углерода по отношению к стехиометрически необходимому совместным размолом смешивают с порошкам кобальта, прессуют заготовки изделий и спекают сначала в атмосфере азота при 900 С, а затем в вакууме или водороде. После этого заготовки термообрабатывают в науглероживающих условиях (в засыпке из графита, в метансодержащей атмосфере или в атмосфере оксида углерода) при 1450 С, 5
При изготовлении смеси может быть использован стехиометрический монокарбид вольфрама, но тогда дополнительно вводит- ся порошок металлического вольфрама.
При использовании стехиометрических карбидов в качестве связки могут быть использованы интерметаллиды СозИ/, СотИ/в.
В результате получают заготовку из спеченного твердого сплава, содержащего карбиды тугоплавких металлов и металл связку, В поверхностном слое заготовки содержание металла-связки изменяется от 0,7 — 0,8 среднего содержания на поверхности до
1,2-1,3 среднего содержания на границе со средней частью, а содержание углерода—
98 — 100 от стехиометрического содержания, Причем толщина этого поверхностного слоя составляет 0,25 — 2,0 мм.
Регулирование толщины поверхностного слоя и содержания в нем металла-связки и углерода осуществляется регулированием состава смеси и условий спекания и термообработки.
После шлифовки на поверхность заготовки методами химического осаждения наносят покрытие из твердых соединений, тугоплавких металлов (Т С, TiN, TiCN, ZrC, ZrN, HfC, HfN и т.п.) и/или оксида алюминия. Общая толщина покрытия 5 — 7 мкм.
Пример. Порошки карбида вольфрама, сложного карбида титана и вольфрама и карбида тантала в заданных соотношениях смешивали совместным размолом в среде спирта с порошком интерметаллида СозИ/.
Смешивание проводили совместным размолом в барабанной мельнице с размольными шарами в течение 24 ч при соотношении шаров и смеси 3,5:1 и относительной скорости вращения 90 .
После отделения спирта и размольных тел в смесь вводили пластификатор (раствор каучука в бензине) и прессованием изготавливали заготовки режущих пластин формы
03331 — 120300 ГОСТ 19050 — 82.
Заготовки спекали в атмосфере водорода в углеродсодержащих засыпках при температуре, принятой для сплавов с данным содержанием кобальта.
После шлифовки на заготовки методом химического осаждения из парогазовой фазы наносили покрытия из карбида титана толщиной 6 мкм.
Были также нанесены покрытия из слоев TiC, TiCN и TiCN, а также TiN u AlzOg.
Были изготовлены также основы из шихты состава, мас. : 36,4 TiC, 37,6 TiN, 19,5 Ni, 6,5 Мо. Содержание углерода и азота составляло 85 от теоретического. Спекание проводили в вакууме при 1430 С, а затем проводили термообработку в науглерожива1801141
Как видно из данных таблицы, предлагаемый материал (см.примеры 1 — 9) обладает большей стойкостью, чем известный (см. примеры 15 — 17).
Выход за заявленные пределы (см. примеры 10 — 14) снижает стойкость режущего инструмента.
Примечание
Козрфициент стойкос ти, отн. ед.
Толщина пов.слоя нкн
Содеряание
Содермание
Покрытие, толщина
Содермание
С,W в поверх. слое, T от стехиом.
Содерыа ние
Cin в цент. зоне
2 от теор.
Состав шихты, мас.ь
При" мер т(к ттс ))i
TiTaWC на пов. доли от средне го т iwc
WC на границе с центр. зоной доли от среднего
2,5
Предла гае" мый материал
1500
1,3
0,7
0,8
0,7
0,8
0,75
TiC, 5
TiC 5
100
90,4
90,4
16>3
1 83,7
2,3
1,2
1500
16,3
8, 16
30,6
2 83,7
3 91,84
4 69,4
1000
2,6
1,3
TiC 5
TiC 5
TiC 5
100
95 0
80,0
93>0
2,4
1000
1,2
1,25
2,5!
500
100
12,24
24>40
5 37,76 50
2,6
1000
0,75
1 25
TiC, 5
Ti8 4
81,0
6 52,8
8 52,8
22,8
2,0
1000
0,7
1,3
1,25
100
85,0
37,6 36,4 19,5 6,5
1500
0 75 т(с, Tic)I, Ti!1i 7
TiC, A(,О„
TiC 5
TiC, 5
100
81,0
24,4
22,8
2,7
1500
1,25
0,75
100
81,0
24>4
22,8
9 52,8
10 83,7
11 83,7
Запредельные знанЕния
1,2
1000
1,3
0,7
100
16,3
1,2
1500
0,7
0,8
0,6
1,3
100
16,3
16,3
0,9
1,2
TiC, 5
TiC 5
90,4
12 83,7
13 83,7
14 83,7
15 92,0
1,2
1500
1,4
100
90,4
16,3
16,3
1, 15
1000
0,85
TiC 5
T iC 1403, 4
100
90,4
Прототип
0,50
1,50
300
1,0
100
94,6
8,0 (со) TiC, й!аОа, О, 50
1,0
1,50
300
100
96,0
1,5 2,6
5,5 (Со) 3,6 (ТаС) 2,4 (88C) 16 84,4
100
1,0
1, 50
300
0,50
Tik1, 3
37,6 36,4 19,5 6,5 94,0
Составитель И, Коняшин
Редактор Л. Волкова Техред М,Моргентал Корректор С. Патрушева
Заказ 1186 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 ющей атмосфере при 1380 С в течение
0,5 ч. После шлифовки на поверхность пластин нанесли покрытия TiN толщиной 4 мкм методом вакуумной конденсации паров.
Полученные пластины были испытаны при фрезеровании стали 45 при числе оборотов 630 об/мин, глубине 5 мм, Данные о составе материала и результаты испытаний помещены в таблице.
Кст определяли как отношение времени резания исследуемой пластины к времвни резания эталонной пластины (из сПлава — прототипа) до одинакового износа (hj=0:5 мм).
Формула изобретения
Слоистый материал для режущего инструмента, состоящий иэ твердого сплава, на основе карбидов и/или нитридов тугоплав5 ких металлов и связки из металла группы железа, включающий поверхностный слой, подслой и сердцевину, причем поверхностный слой имеет повышенное содержание углерода и/или азота и пониженное содер10 жание связки по отношению к их содержанию в сердцевине, подслой имеет пониженное содержание углерода и/или азота и повышенное содержание связки по отношению к их содержанию в сердцевине, 15 и покрытие из твердых соединений тугоплавких металлов и/или оксида алюминия, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости режущего инструмента, содержание углерода и/или азота в
20 подслое составляет 80-95% от стехиометрического содержания, а в поверхностном слое — 98-100%, при этом содержание связки в поверхностном слое составляет 0,7 — 0,8, а содержание связки в подслое — 1,2 — 1,3 от
25 их содержания в сердцевине.
