Слоистый материал для режущего инструмента

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК АЗ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) САНИЕ И 1 уд Я 1) К ПАТЕНТУ ДЛЯ РЕЖУ(54) СЛОИСТЫЙ МАТ ЩЕГО ИНСТРУМЕНТА аллургизлам со(21) 4948234/02 22) 24.06.91 46) 07,03.93, Бюл, Ь 9 71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов (72) А.И. Аникеев, И.Ю. Коняшин, В,К, Сенчихин, М,М, Смирнова, В,А. 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, 1987,57) Изобретение относится к металлургии к композиционным твердосплавным сло Изобретение относится к мет и, твердосплавным слоистым матери стоящим 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 содержа 5 Ц 1801141(5) 5 С 22 С 29/02, В 22 Р 7/02 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 80-95; углерода и/или азота от стехиометрического содержания.Приповерхностный слой содержит 98 - 100 О 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 окси- ф да алюминия, Эксплуатационная стойкость режущего инструмента повышается в 2,4- 2,7 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 О от стехиометрического содержания, а в поверхностном слое - 98 - 100 О, 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 сердцевинеВыполнение поверхностного слоя с изменяющимся содержанием связки предотвращает растрескивание этого слоя при ударном контакте с обрабатываемым мате 180114150 55 риалом, что повышает эксплуатационнуюстойкость режущего инструмента, Этому жеспособствуют предлагаемые пределы изменения содержания связки, так как обеспечивают оптимальное сочетание твердости ипрочности материала по толщине слоя.Основа предлагаемого материала может быть изготовлена из твердого сплавана 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.Я. Твердая фаза твердогосплава может содержать также нитриты (например ТИ).Основа может быть выполнена также изтвердого сплава на основе карбонитридатитана или твердого раствора карбонитридов с никель-молибденовой связкой.Содержание углерода и/или азота вцентральной зоне основы (80 - 95 от стехиометрического содержания) обуславливаетналичие д-фазы или интерметаллидов типаЮзТ в этой зоне (до 35 об. ), д-фаза илиинтерметаллиды равномерно распределены в обьеме сплава,В приповерхностом слое д-фаза и инте рметаллиды отсутствуют (это обеспечивается содержанием углерода - 98 - 100 ф отстехиометрического содержания). Это обуславливает повышение ударной вязкости,прочности и пластичности матерИала этогослоя, что предотвращает образование трещин при ударных нагрузках. Этому же способствуетплавное изменение содержанияметалла-связки по толщине слоя.Толщина этого слоя составляет 2502000 мкм (0,25 - 2 мм), Поверх слоя с переменным содержанием связки расположенопокрытие общей толщиной 4 - 8 мкм из ТС,ТСИ, ТЮ, ЕгИ, НГИ и т,п. и/или А 20 з,Предлагаемый слоистый материал получают следующим образом.Основа из спеченного твердого сплаваможет быть получена различными способами.Порошок карбида вольфрама (возможно и сложных карбидов) с недостатком углерода по отношению к стехиометрическинеобходимому совместным размолом смешивают с порошкам кобальта, прессуют заготовки изделий и спекают сначала ватмосфере азота при 900 С, а затем в вакууме или водороде. После этого заготовкитермообрабатывают в науглероживающихусловиях (в засыпке из графита, в метансодержащей атмосфере или в атмосфере оксида углерода) при 1450 С,5 10 15 20 25 30 35 40 45 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 Созе/, Соткав.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 (ТС, ТИ, ТСИ, ЕгС, ЕгИ, Н 1 С, НЩ и т.п.) и/или оксида алюминия. Общая толщина покрытия 5 - 7 мкм.П р и м е р, 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 ф .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 ТС, ТСИ и ТСИ, а также ТГИ и А 20 з. Были изготовлены также основы из шихты состава, мас,: 36,4 ТС, 37,6 ТИ, 19,5 М, 6,5 Мо. Содержание углерода и азота составляло 85 фот 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,Приискание Козрфициентстойкости, отн.ед. Содеряание Толщинапов.слоянкн Содер.канне Покрытие,толщина,СодерианиеС вповерх.слое,2 отстехион. СодерыаниеС,в цент. зоне2 оттеор. Состав шихты, иас.ь При"иер ТТС (1 1(Та(С на пов,долиотсреднего Т (кС нС на границе сцентр.зоной доли отЗаказ 186 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, 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 Т)М 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 (Ьэ=0:5 мм). Формула изобретения Слоистый материал для режущего инструмента, состоящий иэ твердого сплава, на основе карбидов и/или нитридов тугоплав ких металлов и связки из металла группыжелеза, включающий поверхностный слой, подслой и сердцевину, причем поверхностный слой имеет повышенное содержание углерода и/или азота и пониженное содер 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стойкости режущего инструмента, содержание углерода и/или азота в 20 подслое составляет 80-950)ь 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.