Материал износостойкого покрытия металлорежущего инструмента

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) 23 С 14 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Ф мК АВТОРСНО ВИДЕТЕЛЬСТВУ ежущеи станитридов,гафниягруппыентов,ем, что,инстру содержащта 1 Ч-ай при сл элем иркон соотн шении ко сталь(54) (57) МАТЕРИАЛ ИЗНОСОСТОЙКОГОПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕН преимущественно из быстрорли, включающий соединениякарбидов или карбонитридои одного из элементов 17 апериодической системы элемотличающийсяс целью повышения стойкосмента при обработке титано сплавов, в качествгруппы использовандующем молекулярнопонентов, мол.Е:Нитрид, карбидили карбонитридгафнияНитрид, карбидили карбонитридцирконияИзобретение относится к области металлообработки, в частности к изцсссстойким покрытиям из тугоплавких соединений,наносимым на металлорежущий инструмент.Известен материал износостсйкогопокрытия металлорежущего инструмента, включающий соединения Н с элементами С, К, 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 магериллом це протекает реакция взаимодействия уклзаццых соединений с титацом, приводящая к разрушению покрытия 1,Недостатком известного материала покрытия является невозможность его нанесения иснцо-плазменцыми методами нл металлсрежущий инструмент из сыстрорежущей стали из-за ее разупрочнения, обусловленная большим атомным весом ускоренных ионов гафнилбомбарпирующих основу в процессе ее предварительного разогрева и нанесения покрытия.Наиболее близким техническим решением к изобретению является материал изцосостсйксгс покрытия металло- режущего инструмента,содержащий соединения нитридов, карбидов или карбоцитридов гафпия и одного из элементов ЕЧ-л группы таблицы Менделеева, цап - ример цитрпда, карбида или карбонитридл титана,Пскрьтце из указанного материала ;.может бытьлнесенс ца осцову из быстрсрежущей стали,. не вызывая еерллупрсчпепия,-.едсстлтком известногс материала пскрь:тпя является его малая стойкОсть прн обработке титана и титацсвых сплавов, тлк как тугоплавкиесоединения цл ссцсве титана взаимодействуют с титаном обрабатываемыхтцтлцссодержашпх материалов,Целью изобретения является повышение стойкости метлллсрежущего инструмента при сбрабстке титаноссдержащих сплавсв: Постлвлеццля пель постигается тем, что в материале изцосостойкогс покрытия метлллорежущего инструмента, препмушествеццо из быстрорежущей стали, включающем соединенияпитридов, карбидов или карбонитридоьглфния и одного иэ элементов Ж-агруппы периодической системы элемен тов, в качестве элемента Е 7-а группы использован цирконий при следующеммолекулярном соотношении компонентов,мол.7:Нитрид, карбидили карбонитридгафния 10-80Нитрид, карбидили карбонитридциркония Остальное 15Наличие в материале покрытия более легкого по сравнению с гафниемметалла позволяет нлцосить его ионцо-плазменным методом на быстрорежущий и струмент це вызывая пережогасспсвы, при этом соединения гафнияс элементами С и/или И стабилизируют покрытие и препятствуют его разрушению, Это связано с высокой термодинамической устойчивостью этихсоединений по отношению к титану,так как изменение свободной энергии,соответствующее реакции замещениягафния на титан в его соединениях,отличается большой положительнойвеличиной в диапазоне температур,О20-1500 С, превышающих практическивозможные температуры при обработкетитана и его сплавов. Предложенныйматериал покрытия обладает более 35 высокой стойкостью и при обработкедругих материалов, чем известныйматериал покрытия это объясняетсяего более высокой тугоплавкостью.Покрытие из материала предложен ного составл может быть нанесено нарежущий инструмент следующим образом.Режущий инструмент с тщательноподготовленной поьерхностью основы,выполненной из быстрсрежущей стали 45 илп другого инструментального материала, помещают в вакуумную камеруустановки д.тя нанесения износостойких покрытий и поверхность инструмента подвергают очистке и нагреву .50 воздействием плазмы металлическихкомпонентов покрытия путем приложения к инструменту потенциала ускоряющей поцы плазмь вакуумной дуги,горящей между анодом и расходуемым55 катодом, выполненным из сплава элементов .п.крытия,Прп дс, . жснип температуры инсторумецтьцсй сспсвы па 10-20 С ниже11286 18 Сравниваемые,покрытия Ко эффициент повышениястойкостиинструмента спокрытием Состав покрытия мол.Х Стойкостьинструмента ИнстМатериалосновы рукент Т 1 М 2 гБ По аналогу(патент СЛА Ф 4169913) 8 дет 100 Режущиепластины Раэупрочнение основы Р 18 Сверла По прототипу(патент СШАФ 4264682) 1 О мин 18 мин 50 Р 18 Сверла 80 20 2 дет 50 ВК50 Режущиепластины н 3 дет 80 20 По предложенному техническому решению 1 О 90 Р 18 Сверла 20 мнн 80 н 20 29 мин 1,6 92 Р 18 09 15 мин Сверла температуры ее разупрочнения (для стали - 520 С, для твердого сплава - 650 С). в камеру вводят метан и/илиоазот 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.П р и м е р 1. На режущие плас тины из твердого сплава ВКпо 20 штук в каждой партии вакуумной дугой на- носилось износостойкое покрытие из нитридов НГ и 2 г (использовался катод из сплава 50% НГ и 50% Ег). 15Режимы нанесения: поверхность инструмента очищалась при отрицательном ускоряющем напряжении 1,5 кВ, нанесение покрытия - при температуре основы 650 С, давлении азота (2 - 5) к 20 к 10 " Па и времени нанесения ю 1 ч. Коэффициент повышения стойкости сверл с указанным покрытием 2,1; пластин 1,8 (см. таблицу),П р и м е р 2. В качестве материала катода использовался сплав Нй и Т с соотношением компонентов 80% НГ и 20% 2 г. Коэффициент повышения стойкости сверл с указанным покрытием 1,6, твердосплавных плас тин 2,3. П р и м е р 3. В качестве материала катода использовался сплав ссоотношением компонентов 10% НЕ и90% Ег,Режимы обработки те же, что и впримерах 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 И 5 мм 1 = 85 ммиз быстрорежущей стали Р 18 проводились при сверлении отверстий глубиной 15 мм в деталях из титановогосплава ВТпри охлаждении 10% водной эмульсией и следующих режимахрезания: Б = 0,08 мм/об, 7=75 м/мин.Критерий затупления - скрип сверла.За критерий затупления твердосплавных пластин принимается ухудшениекачества обрабатываемой поверхности. Из приведенной таблицы видно, что стойкость инструмента с износостойким покрытием из материала предлагаемого состава значительно превышает стойкость аналогичного инструмента с покрытием из 2 гМ (аналог изобретения) и из /Т 1. НГ/И (прототип изобретения).1128618 оПродолжение таблицы Сравниваемыепокрытия Состав покрытия, иол,й Материал Инстосновы руиент Стойкостьинструиента ТСК гтн 85 15 Еаэупрочнение основы 50 50 24 мии 2,1 10 90 ВКРевущиепластины 4 дет 80 20 ВКРевущие 7 детпластины 2,3 0,7 2,6 85 15 50 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 открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 2 дет8 дет5,5 дет Коэффициент иовы"венинстойкостиинструмента спокрытием