Режущий инструмент и способ его изготовления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 151) 5 ИИЕ РЕТЕНИЯ к средствам мети к режущему им покрытием и носитсчастнсостой На фиг жущего ин структурно сти инструм го режущег структурно вышение стойко ляемости между струментальной окрытием путем ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54)(57) РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ1, Режущий инструмент, включающий основу, выполненную из инструментального материала, и нанесенное на ее рабочую поверхность износостойкое покрытие, о тл ича ющийся тем,что,сцельюповышения стойкости, структура рабочей поверхности материала основы содержит области аморфного строения с пассивированными коррозионностойкими компонентами материала основы.2, Способ изготовления режущего инструмента, при котором в вакуумной камере осуществляют очистку и разогрев инструментальной основы бомбардировкой ионами испаряемого дуговым разрядом материала катода при одновременном приИзобретение от я таллообработки, в о инструменту с изно к способу его получения. Цельизобретения - по сти за счет повышения сцеп рабочей поверхностью ин Основы и износостойким иложении к инструментальнои основе напрякения смещения, после чего указанное напряжение снижают, одновременно вводят в камеру под давлением газ-реагент и выдерживают инструмент в указанных условиях до образования на его рабочей поверхности покрытия заданной толщины, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения стойкости, перед очисткой и разогревом инструментальной основы ионами испаряемого материала катода проводят импульсную бомбардировку рабочей поверхности основы указанными ионами путем периодического выключения дугового разряда при напряжении смещения и температуре на основе, не превышающей комнатную, а разогрев основы осуществляют до температуры, на 10-40 С ниже температуры кристаллизации аморфного материала основы.3, Способпоп.2,отличающийсятем, что при использовании в качестве материала основы быстрорежущей стали, а в качестве материала катода-титана импульсную бомбардировку основы осуществляк)т импульсами длительностью не более 2 с, с паузами между импульсами 30 - 60 с, напряжением на основе 600 - 5000 В, а разогрев основы при очистке осуществляют до 450 - 480 С,уменьшения окисления рабочеи повер 1 дана схема предлагаемого реструмента; на фиг, 2 - схемы о строения рабочей поверхноентальной основы и редлагаемоо инструмента; на фиг. 3 - схема о строения рабочей поверхно 1701464сти у прототипа, на фиг; 4 - спектр распределения энергии коррозионностойкого компонента (хрома) инструментального материала в нелокализованном с:стоянии а) и в локализованном (б) после импульсной бомбардировки рзбочей поверхности,Режущий инструмент состоит из инструментальной основы 1 с рабочей поверхность 1 о 2, на которую нанесено износостойкое покрытие 3,Кроме того, основа может быть выполнена из кристаллического литого или порошкового материала, или аморфного литого или порошкового материала,За счет того, что кристаллическая структура рабочей поверхности 2 основы 1 содержит локальные области аморфного строения, замедляющие процесс диффузии кислорода по границам кристаллов вглубь инструмента, режущая кромка сохраняет свои свойства не только в процессе нанесения покрь 1 тия 3, но и при эксплуатации инструмента. А это позволяет повысить стойкость последнего, Кроме того области аморфного строения годеркат каррозианностойкие компоненты инструментального матеоиала, например, хром, молибден, вольфрам и др. в Г 1 ассивиравзннам сост 051- нии, замедляющем корраэи 1 о и также павыша 1 ощем стойкость инструмента,Описанный выше режущий инструмент может быть получен метадом,;ключа 1 ащим в себя предварительную обработку ега рабочей поверхности импульсной бомбардировкой ионами испаряемого материала катода, последующу 1 а очистку и разогрев указанной поверхности теми же ионами и наконец канденсаци 1 О на нее покрытия в среде газа-реагента, Очистка и разогрев поверхности основы, а такке конденсация покрытия осуществляются по известной технологии, традиционной для метода конденсации вещества в взкууме ионной бомбардировкойой (метод КИ Б). Однако температура разогрева основы при очлстке поверхности перед нанесением покрытия должна быть на 10 - 40 С ниже температуры кристаллизации аморфного материала основы (в случае, если основа полнасть 1 а выполнена из аморфного материала или содержит локальные области аморфного строения),Уменьшение температуры разогрева инструментальной поверхности по сравнению с традиционной дпя метода КИБ связано с необходимостыа сохранения в инструментальном материале аморфной структуры, улучшающей свойства инструмента, При разогреве рабочел поверхности до температуры выше верхнегс предлагае 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мого предела возникает возможность перехода аморфной структуры основы в кристаллическую, что снижает стойкость инструмента, При разогреве рабочей поверхности да температуры ниже предлагаемого поедела снижается адгезионная связь покрытия с рабочей поверхностью, что также снижает стойкость инструмента,Что касается предварительной обработки инструментальной рабочей поверхности импульсной бомбардировкой ионами испаряемого материала катода, то она необходима для образования в кристаллической структуре материала основы областей аморфного строения с повышенными антикоррозианными свойствами, В аморфной структуре материала основы указанная импульсная обработка способствует переходу корроэионностойких компонентов инструментального материала в аморфных областях в пассивированное состояние, чем также повышаются антикоррозионные свойства инструментального материала,Параметры импульсной обработки могут быть различь ыми и выбираются в зависимости от материала основы и материала катода, Однако, при этом указанные параме, ры должны обеспечлвать температуру нз рабочей поверхности основы не выше комнатной.В начальный момент ионной бомбардировки инструментальной основы не происходит ее мгновенного разогрева па всей поверхности, а только в локальных областях,взаимодействующих с ионами,При этом оплавпение указанных областей обеспечивается в результате передачи кинетической энергии ионов материала катода при соударении их с материалом основы со скоростью, придаваемой указанным ионам напряжением смещения определенной величины. Эта величина в рассматриваемом случае 600 - 5000 В. При значении напряжения смещения менее 600 В оплавпение материала основы не происходит, а при его значении более 5000 В оплавляется режущая кромка инструмента, что ведет к снижению его стойкости.При резком охлаждении оплавленных областей, Обусловленном температурой оснавь 1 не выше комнатной, а также паузой между импульсами, в них образуется аморфная структура, так как процесс кристаллизации не успевает произойти, При неправильна выбранных параметрах импульсной обработки, когда время паузы недостаточно для охлаждения локальных областе 1 л до комнатной температуры,.происходит их частичная кристаллизация, что снижает стойкость инструмента,1701464 3 2 Кроме того в результате импульсноговоздействия происходит локализация велентных электронов переходных металлов(Сг; Мо, И/ и др.) инструментального материала, в результате чего повышается их пассивность при взаимодействии с кислородомвоздуха, а следовательно, повышается стойкость инструмента, На фиг. 4 показанспектр распределения энергии связи атомахрома в нелокализованном состоянии (а) и в 10локализованном состоянии (б) после импульсной бомбардировки,Плавное распределение энергии связиатома (фиг, 4, а) свидельствует о наложениивалентных электронов хрома на его внешней электронной оболочке, Скачкообразноераспределение энергии связи атома(фиг,4,б) свидетельствует о переходе его валентных электронов в локализованное состояние, т.е, о переходе на внутренние 20электронные уровни, что увеличивает ихпассивность.П р и м е р . В вакуумную камеру установки типа ННВ 6,6-И 1 с титановым катодом устанавливали партию сверл 25диаметром 5 мм из стали РбМ 5. Камеру эвакуировали до вакуума 5 10 мм рт.стзажи гали дуговой разряд и испаряли имматериал катода. К инструментальной основе прикладывали напряжение смещения 301500 В и проводили импульсную бомбардировку поверхности сверл ионами титана путем периодического выключения дуговогоразряда. Параметры импульсной бомбардировки: длительность импульса - 1 с., пауза 35- 60 с.В процессе импульсной бомбардировкис помощью параметра фиксируют температуру рабочей поверхности основы. Послефиксации температуры выше комнатной им пульсную обработку прекращали и, не выключая дугового разряда, производили очистку и разогрев инструментальной основыдо 480 С, при этом температура кристаллизации аморфных областей быстрорежущейстали 490 ОС (разогрев твердого сплава проводят до 650 С, при этом температура кристаллизации аморфных областей твердыхсплавов 680 С), По достижении уКазаннойтемпературы напряжение смещения насверлах снижали до 250 В и в камеру подавали азот, создавая в ней давление 3 10ммрт.ст. Сверла выдерживали в указанных условиях в течение часа, формируя покрытиеиз нитрида титана толщиной 5 - 6 мкм, Послеэтого разряд выключали, напряжение с основы снимали и сверла охлаждали вместе скамерой до комнатной температуры.Стойкостные испытания проводилисьна машине трения типа АБс возвратнопоступательным движением образца, изготовленного из быстрорежущей стали(кристаллической, аморфной, литой и порошковой) с нанесенными на ее поверхностьизносостойкими покрытиями ТК, Т/ СК /,Т /ОИ/, Т /ВК/ и твердого сплава.Режимы моделирующих испытаний; нагрузка в зоне контакта, Р(н) 18 - 20 кг/мм .Скорость вращения (Ч) 20-60 м/с, стойкостьобразцов с покрытием; например из нитрида титана, определяли как количество циклов нагружения (Ы) до разрушенияединичного обьема шероховатости покрытия.Стойкостные испытания проводилисьтакже непосредственно в условиях резания,например, при операции сверления.Режимы стойкостных испытаний: скорость реза ния, Ч, 45 м/с; подача, Я 0,18 мм/об;глубина резания, 115 мм,1701464 ректор М.Максимишинец Редактор А.Каленичен Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушскэя наб 45 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 4499 ВНИИПИ Состав Техред ль В,ЗолотоМоргентал