Материал для режущего инструмента

(19) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 8 о-иссл еда ватеститутЛ.Клещева и А льство СССР7/00, 1978.льство СССР7/14, опубли 983,СТРУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научнинструментальный ин(54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО И МЕНТА Изобретение откосится к области машиностроения, в частности, материалам покрытий для режущих инструментов. Известны многослойные покрытия для режущего инструмента, состоящие из большого числа слоев малой толщины (см. "Технологическую инструкцию по упрочнению режущего инструмента на установке Н Н В 6.6-И 1", - В НИИинструмент). Недостатком известного покрытия является то, что, вследствие малой толщины отдельных слоев не проявляются свойства каждого слоя покрытия, и покрытие по своим свойствам приближается к композиционному, т.е. состоящему из механической смеси фракции разного состава,Известно также покрытие из чередующихся слоев для режущего инструмента, в котором слой, граничащий с основной, выполнен высокотеплопроводным из меди, а 51)5 В 22 Р 7/02, В 23 В 27/(57) Использование: в машиностроении. Сущность изобретения: материал состоит из слоев тугоплавких соединений, причем прилегающий к основе и наружный слои выполнены из соединений с температуропроводностью менее 250 м /с, а расположенный между ними промежуточный слой - с температуропроводностью более 500 м /с и толщиной 2 - 3 мкм. При этом2толщина прилегающего к основе и наружного слоев составляет 0,3 - 0,5 толщины промежуточного слоя. На наружком слое расположен дополнительный слой толщиной до 2 мкм и твердостью, превышающей твердость всех слоев. 1 з,п. ф-лы, 3 табл. наружный слой выполнен износостойким (см,авт, св, В 1360240, кл, 8 23 В 27/14).Недостатком данного покрытия является то, что медный теплопроводкый слой имеет малую прочность и в процессе резания происходит отслоение покрытия, Кроме того; значительная часть тепла, образующегося при резании, вследствие вйсокой теплопроводности медного слоя, поступает в режущий инструмент, что не позволяет интенсифицировать процесс резания.Наиболее близким к предложенному по технической сути и достигаемому эффекту является покрытие из чередующихся слоев тугоплавких соединений, толщика каждого из которых составляет не более 0,5 мкм (св.авт. св, Ь 959345, кл, В 23 В 27/14),Недостатком известного покрытия является то, что выбор состава отдельных слоев и их последовательности не учитывает распределение тепла; образующегося в зоне резания и, в частности, количество тепла, поступающего в режущий инструмент.Цель изобретения - повышение стойкости инструмента путем перераспределения возникающих при резании тепловых пото ков и уменьшения количества тепла, поступающего в инструмент. Поставленная цель достигается тем; чтов материале для режущего йНЖ 5 уИВНта, состоящем из основы и покрытия из череДуюЩихся слоев тугоплав ких соединений, прилегающий к основе и наружныйслои выполнен из соединений сг температуропроводностью менее 250 м /с, а между ними расположен промежуточный слой с температуропроводностью более 500 15 м /с и толщиной 2 - 3 мкм, при этом толщина прилегающего к основе и наружного слоев составляет 0,3 - 0,5 от толщины иромежуточного слоя.Дополнительный эффект может быть 20 получен также от того, что материал снабжен дополнительным слоем, нанесенным на наружный слой толщиной до 2 мкм и твердостью, превышающей твердость всех остальных слоев. 25Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".При изучении других известных технических решений в данной области признаки, 30 отличающие заявляемое изобретение от прототипа не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенныее отличия". 35Заявляемое многослойное покрытие состоит из чередующихся слоев тугоплавких материалов, обладающих разным коэффициентом температуропроводности, что позволяет управлять потоками тепла, 40 образующимися при резании, уменьшая количество тепла, поступающего в инструмент и обеспечивая его большее рассеивание в поверхностных слоях инструмента, т.е. уменьшая количество и интен сивность поступающего в инструмент потока тепла.Образующееся при резании тепло распределяется между обрабатываемой деталью, стружкой, инструментом и 50 окружающей средой. Количество тепла, поступающего в инструмент, и температура, " возникающаявзонерезайия,в значитель- ной мере определяют работоспособность инструмента. Поэтому инструмент, изготов ленный из материалов, обладающих более высокой теплостойкостью,-"позволяет производить обработку при более высокой скорости резания, обеспечивая увеличение производительности обработки. Износостойкое покрытие обладает высокой теплостойкостью, что должно обеспечивать работу инструмента с более высокими скоростями резания. При малой толщине покрытия и наличии под покрытием базового инструментального материала с меньшей теплостойкостью возможности интенсификации процессов резания ограничены возникновением в базовом материале температур, превышающих его теплостойкость. Покрытие должно не только соответствовать требованиям высокой твердости и теплостойкости, но и обеспечивать уменьшение количества тепла, поступающего в базовый материал инструмента, Это достигается в заявленном техническом решении нанесением многослойных покрытий, в котором последовательность и толщины отдельных слоев позволяют управлять свойствами покрытия и тепловыми потоками, поступающими в базовый материал, Износостойкое покрытие позволяет изменять распределение тепла между инструментом, стружкой и обрабатываемой деталью, Слои с низкой тепмпературопроводностью являются как бы отражателем тепла, препятствующими прохождению тепла в последующие слои и уменьшающим мощность теплового потока, направленного в инструмент, а слои с высокой температуропроводностью играют роль рассеивателя тепла, уменьшая интенсивность теплового потока. Экспериментально установлено, что низкотемпературопроводный слой выполнен с температуропроводностью менее 250 м /с,г т.к, при большей температуропроводности снижается эффект отражения тепловых потоков, образующих при резании, а высокотемпературный слой выполнен с температуропроводностью более 500 м /с,2 т.к. меньшие значения темЬературопроводности уменьшают рассеивание тепла в слое. Высокотемпературопроводный слой имеет толщину 2 - 3 мкм. При толщине этого слоя менее 2 мкм увеличивается интенсивность теплового потока в инструмент, снижая эффективность предлагаемого решения, а при толщине более 3 мкм наблюдаются частые отслоения покрытия. Толщина слоев с низкой температуропроводностью составляет 0,3 - 0,5 от толщины Слоя с высокотемпературопроводностью. При толщине меньше 0,3 от толщины слоя с высокой температуропроводностью эффект отражения тепла низкотемйературойроводным слоем покрытия резко снижается и в зоне этого слоя покрытие по свойствам приближается к композиционному, При толщине низкотемпературопроводного слоя1768351 Таблица 1 Стойкостьинструмен та, мин Состав слоев и их темпе ат оп оводность 3 й СЛОЙ 2-й слой 1-Й слОЙ температу- ропроводжфНОСтЬ фм /сек состав состав состав температу- ропроводность м /сек температу- ропроводность м /сек 1450 500 500 500 38 30 33 32 58,5 300,0 200,0 200,0 КЬК га Сгй Егй МЬИ га Сгй Сгй АМ ТМ ТЙ ТК 58,5 300,0 200,0 300,0 свыше 0,5 толщины высокотемпературопроводного, в.этом слое возникают большие градиенты температур и напряжений, которые часто приводят к преждевременному разрушению покрытия. Контактируемые с обрабатываемым материалом поверхности режущего инструмента должны обладать не только сопротивлением тепловым нагрузкам, но и высокой сопротивляемостью механическому износу. Поэтому дополнительный эффект можно получить, если на наружный слой нанести дополнительный слой с толщиной не более 2 мкм и твердостью, превышающей твердость остальных слоев. При толщине этого слоя больше 2 мкм наблюдается выкрашивание режущих кромок инструмента, вследствие их повышенной хрупкости. Пример конкретного выполнения материала для режущего инструмента:Проверка эффективности предлагаемого технического решения производилась при точении стали 45 пластинами из стали Р 6 М 5 с покрытиями.Испытания проводились при скорости резания 80 м/мин,В табл.1 приведены результаты испытаний пластин из быстрорежущей стали Р 6 М 5 с многослойными покрытиями из чередующихся слоев различного химического состава.Как видно из данных табл.1, наибольшую стойкость обеспечивают пластины с покрытиями, слои которых имеют наибольшую разницу температуропроводности, Чем меньше разница температуропроводностей слоев, тем ниже стойкость инструмента.В табл,2 приведены данные о влиянии толщины разных слоев покрытий на стойкость инструмента.Как видно из табл.2, применение предлагаемого технического решения позволяет повысить стойкость инструмента по сравнению с прототипом до 70 фД, что подтверждает его промышленную полезность.Анализируя свойства различных туго 5 плавких соединений, перспективными дляобразования покрытий в соответствии спредлагаемым техническим решениям являются, например, материалы, приведенные в табл,3,10 Анализ результатов испытаний показалнаиболее высокую стойкость изделий в заявленных пределах, установленных экспериментально.Использование изобретения позволит15 повысить стойкость изделий по сравнениюс прототипом в 1,4 - 1,7 раза за счет последовательного чередования низкотемпературных и высокотемпературопроводныхслоев с определенной температуропровод 20 ностью и за счет введения дополнительногонаружного слоя с твердостью, превышающей твердость остальных слоев.Формула изобретения1. Материл для режущего инструмента,25 состоящий из основы и покрытия, выполненного из чередующихся слоев тугоплавкихсоединений, от лича ющийсятем,что, с целью повышения стойкости инструмента, прилегающей к основе и наружный30 слои выполнены из соединений с температуропроводностью менее 250 м /с, а междуними расположен промежуточный слой стемпературопроводностью более 500 м/с итолщиной 2 - 3 мкм, при этом толщина при 35 легающего к основе и наружного слоев составляет 0,3 - 0,5 от толщиныпромежуточного слоя.2, Материал поп.1, отличающийсятем, что, с целью повышения износостойко 40 сти, он снабжен дополнительным слоем, нанесенным на наружный, толщиной до 2 мкми твердостью, превышающей твердостьвсех слоев.1768351 Табл и ца 2 блица при ГКНТ ССС аказ 3608 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5