Способ упрочнения штампового инструмента

(51 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ЕНТНОЕ Т ЗОБР О к способам нарочняющих попользовано в атываии доостный зуется жения ОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский станкоинструментальный институт(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ШТАМПОВОГО ИНСТРУМЕНТА(57) Использование: в способах поверхностных упрочняющих покрытий и может быть использовано в машиностроении. Цель изоИзобретение относитесения. поверхностныхрытий и может бытьашиностроении,Цель изобретения -ти штампов холо ного повышение стоикод деформирован ия, достигается тем, что прилегающий подслой конуенсируют при давлеа до 9 10 мм рт.сттоке дуги ля 60 А, опорном напряжении обеспечивает высокую адгезию к , а рабочий слой конденсируют нии азота 3 - 5 10 с увеличением до 120 А, причем на рабочий слой ельно наносят поверхностный опорном напряжении 150 В, что вает необходимый достехиометристав, структуру и комплекс меха- свойств слоя, При этом рабочий к основениях азотиспарите200 В, чтоподложкепри давлетока дугиДОПОЛНИслой приобеспечический сонических бретения - повышение стойкости штампов холодного деформирования, получаемое за счет осуществления способа нанесения покрытия на штамповый инструмент, включающего конденсацию . многослойного покрытия из нитрида титана с адгезиОнным подслоем, наносимым при токе дуги испарителя 60 А, С целью повышения эксплуатационной стойкости штампов холодного деформирования рабочий слой наносят из достехиометрического нитрида титана при давлении азота 3-5 10 мм рт.ст., токе дуги испарителя, увеличенном до 120 А, на рабочий слой дополнительно наносят поверхностный слой при опорном напряжении, пониженном до 150 В. 1 табл,слой покрытия включает: а-Т 1 (капельную фазу); достехиометрический нитрид титана Т 1 й; динитрид титана Т 2 Й. Включения капельной фазы имеют сложный композиционный характер с наличием вязкой сердцевины из а-Т 1 и твердость поверхностной зоны из ТМ+Т 2 К, Такая структура капельной фазы способствует предотвращению схватывания с заготовкой, Повышение тока дуги испарителя позволяет о еспечить повышенную текстуру слоя, что т же понижает схватывание с заготовкой. Кроме того, для минимизации схния в начальный период эксплуатацполнительно формируют поверхнслой с высокой текстурой, что реализа счет уменьшения опорного напрдо 150 В, 1812241Перечисленные отличительные признаки являются существенными, т,к. позволяют обеспечить положительный эффект, выраженный в повышении стойкости штампов, и ранее не были известны.Предложенный способ нанесения покрытия осуществлялся следующим образом.П р и м е р 1 (заявляемый объект). Изготавливают рабочие детали штампа для вырубки листа магнитопровода из стали Х 12 М НВС 5960), После предварительной проМывки инструмент устанавливают в поворотное устройство установки "Булат". Камеру откачивают до давления 2 10 мм рт,ст., включают устройство, прикладывают к барабану с инструментом отрицательное напряжение величиной 1 кВ; включают испарители и обрабатывают изделие в им. пульсном режиме. Параметры обработки; общее время - 4 мин; длительность импульса 30 с; длительность паузы - 30 с, После этого снимают напряжение до 20 ОВ и производят осаждение прилегающего к основе подслоя,Толщина подслоя во всех примерах составляет 1-1,5 мкм. Толщина рабочего слоя - 4,0-5,5 мкм; поверхностного слоя - 1,0 мкм.Поуают в установку азот при давлении 9 10 мм рт,ст. Формируют подслой толщиной 0,5-1,0 мкм, Для обеспечения повышенной адгезии подслоя ток дуги устанавливают минимальным - бОА. Затем увеличивают давление и конденсируют рабочий слой при давлении не выше 5 10-4 мм рт.ст. Ток дуги испарителя увеличивают до 120 А. Время конденсации рабочего слоя - 30 мин, Затем формируют поверхностный слой в течение 10 мин при опорном напряжении, пониженном до 150 В. Такой режим конденсации существенно улучшает эдгезию покрытия к подложке, обеспечивает необходимый комплекс меха ническйх свойств. Для штампов покрытие должно сочетать наивысшую возможную твердость и повышенное сопротивление сдвиговым нагрузкам (когезионную прочность) в рабочем слое при пониженной когеэионной прочности в поверхностном слое из-за совершенной (97 О-ной) текстуры для минимизации интенсивного схватывания в начальные периоды эксплуатации,Это обеспечивает максимальную износостойкость при тяжелонагруженном трении скольжения и наивысшую эксплуатационную стойкость при штамповке. Стойкостные испытания проводились при вырубке листа электротехнической стали 1521 (ГОСТ 21427,0 - 75).Результаты стойкостных испытаний, исследований структуры и физико-механиче 5 ские свойства приведены в таблице,Количество капельной фазы определялось на приборе "Квантимент" с использованием методо в количественноиметаллографии. Аксиальная текстура в по 10 крытии определялась рентгеновским методом по способу Харриса на дифрактометреДРОН 3,0. Микротвердость изучалась наприборе ПМТ-З, вязкость - по методу Палмквиста; адгезия и когезия - методом скрай 15 бирования при нагрузке 2,5 Н.Износостойкость испытывали при трениискольжения при высоких нагрузках 400МПа.П р и м е р 2. Нагрев инструмента в20 последующих примерах аналогичен примеру"Режимы конденсации адгезионного ирабочего слоев аналогичны примеру 1,Отличие - рабочий и поверхностный25 слои конденсируют при опорном напряжении 2008. Это обуславливает некоторое понижение износостойкости,П р и м е р 3. Рабочий слой наносят придавлениях 9 10" мм рт,ст., превышающих30 уровень заявляемого объекта, Такой инструмент имеет меньшую стойкость иэ-за менееблагоприятной структуры и свойств (мень.шая когезионная прочность).П р и м е р 4, Рабочий слой наносят при35 давлении 2 10 мм рт,стт,е, ниже уровнязаявляемого объекта, Это вызывает падение твердости и износостойкости,П р и м е р 5. Рабочий слой наносятаналогично примеру 1, но при токе дуги40 160 А, превышающем величину заявляемогообъекта. При этом происходит перегрев основы стали Х 12 М. Твердость падает до недопустимого уровня (НЯС 55.56),П р и м е р 6. Рабочий слой наносят45 аналогично примеру 1 при токе дуги испарителя 60 А. При этом достигается меньшаятвердость и, как следствие, меньшая износостойкость.П р и м е р 7. Поверхностный слой нано 50 сят аналогично примеру 2, но при опорномнапряжении 100 В, ниже уровня заявляемого объекта.П р и м е р 8 (прототип). Рабочий слойформируют при давлении 3 10, что обес 55 печивает нанесение нитрида титана стехиометрического состава при запредельномзначении параметров заявляемого объекта.Формируемое покрытие характеризуетсяплохой износостойкостью,1812241 Результаты сравнительных стойкостных испытаний вырубных штампов с покрытием в зависимости от параметров процесса конденсации и физико-механических свойств покрытий, ВМпп Инструментальнаяоснова Содержаниеазота в Технологические параметры нанесения покрытия Рабочий слой Адгез. подслой рабочем слое,6 Повер,слой ат. Чоп ВРигмм,рт,ст,д, А д, А адг.подслое. 9 10 5 10 150 42/37 200 120 60 200 5 10 9 10 9 10 9 10 200 200 120 200 60 60 200 120 200 200 2 10 9 105 120 60 200 200 200 5 10 160 200 200 60 5 10 510 200 200 60 200 60 200 60 200 120 200 60 60 200 200 55/37 200 В процессе испытаний вырубной штамп с износостойким покрытием, нанесенным по режиме, приведенному в примере 1, показал стабильное увеличение эксплуатационной стойкости по сравнению с инструментом, упрочненным осаждением по режиму, принятому за прототип.Предлагаемый способ нанесения покрытия позволяет существенно повысить твердость и когезию покрытия, что обеспечивает хорошее сопротивление усталостным нагрузкам, возникающим в процессе трения штампа.Формула изобретения Способ упрочнения штампового инструмента, включающий нанесение многослойных покрытий из нитрида титана на подложку иэ инструментальной стали, включающий нанесение прилегающего к основе адгезионного подслоя при токе дуги 60 А, 5 опорном напряжении 200 В, и рабочегослоя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стойкости штампов холодного деформирования, рабочий слой конденсируют иэ нитрида титана 10 достехиометрического состава придавлении азота (3 - 5) 10 4 мм рт.ст., токе дуги испарителя 120 А и на рабочий слой наносят дополнительный слой при опорном напряжении 15 150 В,1812241 Продолжение таблицы Особенности структуры слоя Вязкость,н/м пп Адгезия к Когезия основе . К ког в ,Кадг раб,слое Микро- твердость, ГПа Аксиальная текстура,14 0,7 0,2 0,8 100 0,8 30 92 0,4 100 25 0,6 2,1 0,6 12 100 Редактор Заказ 1560 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 Количес тво капельной фазы в р а б слое. ьФизико-механические свойства покрытия Относит. износостойкос. при трении скольже- ния Составитель Г,фукс-РабиновичТехред М. Моргентал Корректор М,Куль Относительныйкоэффициентстойкости вырубныхштампов