Способ упрочнения режущего инструмента из быстрорежущей стали

(51) 5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТ РЕЖУЩЕГО ОРЕЖУЩЕЙ режущий инстали подвергаразряде, послепокрытие из ИБ, Прилегаюруют с равноапряжением слой осаждают 0 В. 1 табл,нтальный одонов,аурова полученпотоков вй журнал,Недостатком решения является между рабочим с позволяет обеспе онную прочность известного технического резкий градиент свойств лоем и подслоем, что не чить достаточную адгезипокрытия,(21) 4887674/02(56) Аксенов И.И. и др. Покрытияные конденсацией плазменныхвакууме. Украинский физическит.24. М 4, с.515 - 524. Предлагаемое изобретение относится к способам нанесения поверхностных упрочняющих покрытий и может быть использовано в машиностроении, Известен способ комбинированного упрочнения режущего инструмента, включающий; азотированную в тлеющем разряде подложку из быстрорежущей стали и износостойкое покрытие из нитрида титана, наносимое методом КИБ.Недостатком указанного способа является низкая адгезия покрытия к основе и наличие частиц капельной фазы, снижающей стойкость инструмента при резании.Наиболее близким по технологической сущности является способ нанесения покрытий, включающий конденсацию однослойного покрытия от испарителя с магнитной сепарацией капельной фазы пои опорном напряжении 100 - 150 в,(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТ СТАЛ И(57) Сущность изобретения румент из быстрорежущей с ют азотированию в тлеющем чего наносят многослойное нитрида титана методом К щий к основе слой конденси мерно нарастающим н подложки 0-100 В, а рабочий при напряжении не выше 10 Целью изобретения является повышение стойкости инструмента за счет повышения адгезии покрытия к инструментальной основе,Указанная цель обеспечивается тем, что покрытие наносится многослойным, с прилегающим к основе подслоем, который конденсируют при равномерно нарастающим напряжением подложки от 0 до 100 в и с рабочим слоем, осаждаемым при напряжении не более 100 в.Важно, что изменение напряжения в прилегающем к основе подслое позволяет плавно изменить адгезионные свойства от основы к рабочему слою за счет постеленного изменения свободной энергии подслоя, что выражается в постепенном усилении аксиальной текстуры 111 в нитриде титана 0 - 100 О.Рабочий слой должен наоборот иметь минимальную поверхностную энергию, что реализуется при наличии 100 О аксиальной текстуры 111 в нитриде титана, что реализуется при напряжении, не превышающем 100 в. Увеличение опорного напряжения50 55 свыше 100 в вызывает образование двойной текстуры (111) и (110), что увеличивает свободную энергию системы и ухудшает фрикционные свойства на поверхности режущего инструмента,Перечисленные отличительные признаки являются существенными и ранее никогда не были известны,Предложенный способ нанесения комбинированного покрытия осуществляется следующим способом,П р и м е р 1. Изготовляют режущий инструмент (сменные многогранные пластины длиной 12 мм) из стали Р 6 М 5 (НРС 6465). После предварительной промывки инструмент устанавливают в камеру установки ННВ.10/6-И 1 для ионного азотирования, Азотирование проводят при следующих параметрах; температура нагревателей пои косвенном нагреве 450 С; давление диссоциированного аммиака - 2 мм рт.ст.; плотность ионного тока - 0,3 мА/см"; время процесса - 20 мин.На втором этапе азотирования режущий инструмент устанавливают в поворотное устройство установки ННВ,10/6-И 1 с испарителем с магнитным сепаратором капельной фазы, Выполняют очистку и нагрев до 500 С инструмента в аргоне при напряжении 400 В, токе дуги испарителя 100 А, давлении аргона (5)10 мм рт,ст. в течение 10 мин.После очистки снижают опорное напряжение до 0 в и начинают осаждение прилегающего к основе переходного слоя, Этот слой наносят следующим образом (толщина слоя во всех примерах составляет 1 - 2 мкм). Порают в установку азот при давлении 5 10 мм рт.ст. Токовые параметры на испарителе и сепараторе такие же, как при чистке поверхности в аргоне, Формируют подслой толщиной 0,5-1,0 мкм, Затем увеличивают опорное напрякение до 50 В и конденсируют следующий подслой толщиной 0,5 - 1,0 мкм, После конденсации второго подслоя конденсация переходного слоя завершается. Рабочий:лай покзоытия осаждается при давлении 5 10 мм рт,ст опорном напряжении 100 в и тех же токовых параметрах. Толщина рабочего слоя 5 - 6 мкм (во всех примерах).Такой режим конденсации существенно улучшает адгезию покрытия к азотированной подложке, что увеличивает стойкость режущего инструмента, Результаты стойкостных испытаний, исследований структуры и физико-механических свойств покрытий представлены в таблице 1,5 10 15 20 25 30 35 40 45 Отсутствие капельной фазы контролировалось на поверхности образца с помощью прибора НЕОФОТ 30, Твердость определяли на приборе ПМТ-З, адгезию покрытия к основе методом скрайбирования при нагрузке 5 Н.Аксиальную текстуру в покрытии из нитрида титана определили методом Харриса на дифрактометре ДРОН 3,0 (4), Режущие свойства пластин с покрытием изучались при продольном течении стали 45 на станке 1 К 62 при следующих режимах резания: скорость - 50 м/мин; подача - 0,25 мм/об; глубина - 1,0 мм, Определяли относительную стойкость инструмента при величине износа по задней грани 0,5 мм.П р и м е р 2. Переходный слой формируют при нулевом напряжении на подложке - нижнем уровне напряжения в заявляемом объекте. Адгезия покрытия ниже оптимальной из-за резкого градиента структурных характеристик между подслоем и рабочим слоем,П р и м е р 3. Переходный слой формируют при напряжении 150 в, превышающем верхний уровень напряжений в заявляемом объекте, Это вызывает перегрев основы и повышение адгезии из-за формирования двойной текстуры (110+111).П р и м е р 4. Переходный слой формируют при напряжении 50 в, что ниже, чем верхний уровень напряжений в заявляемом объекте, Это обуславливает невысокую адгезию из-за наличия заметной (60 эксиальной текстуры в переходном слое.П р и м е р 5, Переходный слой формируют при напрякении, постоянно нарастающем от 0 до 50 в, Адгезия покрытия и стойкость инструмента ниже оптимальных из-за наличия градиента свойств между переходным и рабочим слоем,П р и м е р 6. Переходный слой формируют при напряжении, постоянно нарастающем до 150 в. Происходит перегрев инструмента, формируется двойная текстура, что снижает адгезию,П р и м е р 7. Рабочий слой формируют при напряжении 150 в, превышающем уровень заявляемого объекта. В рабочем слое формируется двойная текстура, что снижает стойкость инструмента и уменьшает адгезию к основе, Для предотвращения перегрева подложки конденсацию необходимо вести в импульсном режиме.П р и м е о 8. Рабочий слой формируют при напрякении 50 в, ниже, чем в заявляемом объекте, В рабочем слое формируется 50-ная текстура, что уменьшает адгезию к1790624 результаты исследований структуры и свойств многослойных комплексных покрытий из нитрида титана. нанесенных от испарителя с магнитной сепарацией капельной фазы в зависимости от технологических параметров процесса конденсацииОтносит. ) Приме козф-т ние кстура. Механические своис тойкостт микротверд. Нои ГПаааффициент адге- зии абочиислое 00 00 00 0.4 ерегре основы 100 100 100 24 24 Перегревосновы 5,0Импульс 1ная кондесация меш. екст.ч 100) 1) 60 та )100 з 0,2 3.8 1,9 1.0 5 основе из-за градиента свойств и снижает стойкость инструмента.П р и м е р 9 (прототип). Подслой и рабочий слой формируют при неизменном опорном напряжении 100 в, Адгезия такого покрытия низка, соответственно невелика стойкость инструмента,В процессе испытаний инструмент с износостойкими покрытиями, нанесенными по режиму, приведенному в примере 1, показал стабильное увеличение адгезии покрытий к азотированной основе и, как результат увеличение стойкости по сравнению с инструментом, упрочненным осаждеФормула изобретения Способ упрочнения режущего инструмента из быстрорежущей стали, включающий азотирование в тлеющем разряде и нанесение многослойного покрытия из нитрида титана методом КИБ, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения стойкости нием покрытий по режиму, принятому запрототип, пример 9.Предложенный способ нанесения покрытий позволяет заметно повысить их ад 5 гезию к азотированной основе, чтообеспечивает хорошее сопротивление высоким нагрузкам, возникающим в процессеэксплуатации инструмента,Таким образом изобретение создает по 10 ложительный эффект в увеличении адгезиик инструменту ионна-плазменных покрытий, нанесенных от источника с магнитнойсепарацией капельной фазы в 3,5 раза посравнению с прототипом,15инструмента за счет повышения адгезиипокрытия к азотированному инструменту, прилегающий к основе слой конденсируют сравномерно нарастающим напряжением20 подложки от 0 до 100 В, а рабочий слойосаждают при напряжении не выше 100 В.1790624 ЛоРг о ссьа.а,у гкс 1 ярд п фНОВ 0 оставитель И,Дашкехред М,Моргентал орректор С.Юс едакт оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 каз Зб 8 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5