CZ25541U1 - Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky - Google Patents
Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky Download PDFInfo
- Publication number
- CZ25541U1 CZ25541U1 CZ201327521U CZ201327521U CZ25541U1 CZ 25541 U1 CZ25541 U1 CZ 25541U1 CZ 201327521 U CZ201327521 U CZ 201327521U CZ 201327521 U CZ201327521 U CZ 201327521U CZ 25541 U1 CZ25541 U1 CZ 25541U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- titanium
- high speed
- speed steel
- tib
- boron
- Prior art date
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims description 13
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 title 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 17
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims description 15
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- -1 titanium nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 claims 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 28
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N trichloroborane Chemical compound ClB(Cl)Cl FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky
Oblast techniky
Technické řešení se týká závitořezných nástrojů, zejména závitníků, které jsou vyrobeny z rychlořezné oceli.
Dosavadní stav techniky
V současné době existuje velký zájem o prodloužení životnosti řezných nástrojů, mezi které náleží např. závitníky. Řezání závitových děr pomocí závitníků v obtížně obrobitelných materiálech, např. martenzitické, feritické a austenitické oceli, je velmi náročnou operací. Tyto materiály mají velmi nízký součinitel tepelné vodivosti. Z tohoto důvodu většina tepla není odváděna třískou, což má za důsledek vysoké tepelné a mechanické zatížení břitu nástroje. Tyto skutečnosti kladou vysoké nároky na závitníky, které by měly být charakterizovány vysokou tvrdostí, odolností proti opotřebení a rovněž hladkým povrchem.
Materiálem široko používaným na výrobu závitníků je rychlořezná ocel. Nástroje a nářadí vyrobené z tohoto materiálu jsou charakterizované nízkou výrobní cenou avšak také nízkými užitnými vlastnostmi. Současně ke zlepšení životnosti závitníků z rychlořezné oceli se používají plazmové technologie. Pomocí těchto technologií se na povrchu takto modifikovaných závitníků vytvářejí tenké vrstvy zlepšující jejich užitné vlastnosti povrchu, např. součinitel tření a odolnost proti opotřebení. Jsou známá řešení, při kterých se v těchto aplikacích využívá např. tenkých tvrdých vrstev TiN, TiCN nebo TiAIN, které jsou charakterizovány nízkým koeficientem tření, vysokou tvrdostí, což zaručuje velkou odolnost nástrojů proti opotřebení.
Podstata technického řešení
Tvrdé tenké vrstvy se používají ve strojírenství jako ochranné povlaky na řezné nástroje, jako jsou například závitníky. Opotřebení nejen snižuje životnost nástrojů, ale může také vést k zhoršení stavu závitu. Během procesu řezání jsou závitníky silně zatížené termálně, mechanicky, chemicky a tribologicky. Tato omezení způsobují velmi specifické požadavky na vlastnosti povlaku nástrojů. V tomto případě by se měly povlaky charakterizovat hladkým povrchem, nízkým koeficientem tření a tloušťka nanesené ochranné vrstvy nesmí ovlivňovat rozměry závitů.
Jednou z možných cest pro řešení výše uvedených problémů je použití tenkých ochranných multivrstev na bázi titanu, bóru a uhlíku, to je zkráceně TiBC v kombinaci s diboridem titanu TÍB2. K zajištění dobré adheze obou vrstev TiBC/TiB? k ocelovému substrátu z rychlořezné oceli je jako první nanesena mezivrstva nitridu titanu TiN. V tomto případě je většina nežádoucích zbytkových pnutí ochranné multivrstvy vyloučena v důsledku lokální deformace materiálu měkčí spodní mezivrstvy z TiN.
S výhodou je střední vrstva složená z titanu, bóru a uhlíku tvořena několika vrstvami umístěnými nad sebou a také vrchní vrstva diboridu titanu je tvořena několika vrstvami umístěnými nad sebou, přičemž střední vrstvy z titanu, bóru a uhlíku se pravidelně střídají s vrchními vrstvami diboridu titanu. Ochranná nanokompozitní multivrstva je vždy zakončena vrchní vrstvou diboridu titanu. To znamená, že v další fázi přípravy závitořezných nástrojů jsou střídavě deponovány vrstvy TiBC a TiB2 s cílem zvýšení tvrdosti a snížení vnitřních pnutí v ochranné nanokompozitní multivrstvě. Na základě provedených studií životnosti závitořezných nástrojů bylo zjištěno, že k dosažení požadovaného cíle je nutné vytvořit systém vrstev TÍBC/TÍB2 v počtu vyšším než dvacet.
Takto vytvořený systém přináší silné a trvalé spojení mezi ochrannou nanokompozitní multivrstvou a řezným nástrojem z rychlořezných ocelí. Ochranná nanokompozitní multivrstva vykazuje tloušťku 2 až 3 pm, zatímco tloušťka první mezivrstvy z TiN nepřesahuje 0,5 μηι. Střední vrstva
-1 CZ 25541 Ul resp. střední vrstvy složené z titanu, bóru a uhlíku a vrchní vrstva resp. vrchní vrstvy z diboridu titanu vykazují tvrdost kolem 45 GPa.
Přehled obrázku na výkrese
Schematicky a názorně je na připojeném obrázku ukázána konstrukce ochranné nanokompozitní multivrstvy nanesené na substrátu závitořezného nástroje z rychlořezné oceli, přičemž ve směru od substrátu je vytvořena spodní vrstva z nitridu titanu na kterou navazuje střední vrstva složená z titanu, bóru a uhlíku a následně je ochranná nanokompozitní multi vrstva zakončena vrchní vrstvou diboridu titanu.
Příklady provedení technického řešení
Podle obrázku je na substrátu závitořezného nástroje či nářadí z rychlořezné oceli nanesena ochranná nanokompozitní multivrstva složená z několika vrstev tvořených postupně ve směru od substrátu řezného nástroje či nářadí. Spodní mezivrstva je tvořena nitridem titanu TiN, na níž je nanesena vrstva TiBC (titan, bor, uhlík), která obsahuje nitridy bóru a nitridy titanu a nakonec vrchní vrstva diboridu titanu TiB2. Vrstvy TiBC a TiB2 jsou uspořádány střídavě. Tloušťka ochranné nanokompozitní multi vrstvy se pohybuje v rozmezí 2 až 3 pm.
Ochranná nanokompozitní multivrstva je nanášena postupně a k jejímu vytvoření je využita technologie PACVD (Plasma assisted Chemical vapour deposition). V komoře zařízení jsou pomocí plazmy při teplotě ~ 500 °C rozkládány plyny: titanium tetrachlorid (TiCl4 - zdroj Ti), chlorid boritý (BClj - zdroj B), metan (CH4 - zdroj C) a dusík. Zlepšení adheze samotné TiBC/TiB2 vrstvy je dosaženo za použití mezivrstvy z nitridu titanu TiN, jejíž tloušťka nepřesahuje 0,5 pm. V další fázi jsou střídavě deponovány vrstvy TiBC a TiB2 (v počtu vyšším než 20 opakování pro dosažení tvrdosti a snížení vnitřních pnutí).
Zařízení pro nanášení jednotlivých vrstev ochranné nanokompozitní multivrstvy využívá pulzní technologie DC-PACVD, kde hlavním zdrojem plazmy je DC pulzní výboj (impulzy stejnosměrného proudu). Použití tohoto depozičního systému umožňuje realizovat vytváření ochranné nanokompozitní multivrstvy bez nutnosti přerušení procesu a otevírání reakční komory. Široký rozsah parametrů plazmového generátoru, možnost řízení teploty, tlaku v kombinaci s precizním systémem zásobování plynem umožňují plnou kontrolu během procesu vytváření jednotlivých vrstev a současně dává možnost ovlivnit chemické složení a také vlastnosti deponovaných vrstev nanášených na substrát řezného nástroje.
Realizaci závitníků podle technického řešení bylo prokázáno, že koeficient tření pro třecí dvojici tvořenou ocelí a vzorkem z rychlořezné oceli opatřeným vrchní ochrannou nanokompozitní multivrstvou nepřesahuje hodnotu 0,6 (na leštěném vzorku). Bylo dokázáno, že povlak TiBC/TiB2 je charakterizován tvrdosti 45 GPa, Youngův modul pružnosti 417 GPa. Nástroje opatřené těmito vrstvami byly úspěšně vyzkoušeny v průmyslových aplikacích, kde výrazně zvýšili životnost a užitné vlastnosti závitořezných nástrojů, příkladně závitníků.
Claims (3)
1. Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky, vyznačující se tím, že alespoň břity řezných nástrojů jsou opatřeny ochrannou nanokompozitní multivrstvou složenou z několika vrstev tvořených postupně ve směru od substrátu z rychlořezné oceli spodní vrstvou z nitridu titanu (TiN), na níž navazuje střední vrstva složená z titanu, bóru a uhlíku (TiBC), obsahující nitridy bóru a nitridy titanu, a ochranná nanokompozitní multivrstva
-2 CZ 25541 Ul je zakončena vrchní vrstvou diboridu titanu (TiB2), přičemž ochranná nanokompozitní multivrstva vykazuje tloušťku 2 až 3 pm.
2. Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli podle nároku 1, vyznačující se tím, že spodní vrstva z nitridu titanu (TiN) vykazuje tloušťku nepřesahující 0,5 nm.
5 3. Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli podle nároku 1, vyznačující se tím, že střední vrstva složená z titanu, bóru a uhlíku (TiBC) je tvořena několika vrstvami umístěnými nad sebou, mezi kterými jsou pravidelně umístěny jednotlivé vrchní vrstvy diboridu titanu (TíB2), přičemž ochranná nanokompozitní multivrstva je zakončena vždy vrchní vrstvou diboridu titanu (TiB2).
io 4. Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli podle nároku 1, vyznačující se tím, že střední vrstva složená z titanu, bóru a uhlíku (TiBC) a vrchní vrstva diboridu titanu (TiB2) vykazují tvrdost kolem 45 GPa.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201327521U CZ25541U1 (cs) | 2013-02-15 | 2013-02-15 | Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201327521U CZ25541U1 (cs) | 2013-02-15 | 2013-02-15 | Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ25541U1 true CZ25541U1 (cs) | 2013-06-17 |
Family
ID=48653085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ201327521U CZ25541U1 (cs) | 2013-02-15 | 2013-02-15 | Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ25541U1 (cs) |
-
2013
- 2013-02-15 CZ CZ201327521U patent/CZ25541U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2717188C (en) | Body coated with hard material | |
| Holzschuh | Deposition of Ti–B–N (single and multilayer) and Zr–B–N coatings by chemical vapor deposition techniques on cutting tools | |
| Lin et al. | The structure and mechanical and tribological properties of TiBCN nanocomposite coatings | |
| Sui et al. | Improved toughness of layered architecture TiAlN/CrN coatings for titanium high speed cutting | |
| Gilewicz et al. | Deposition and characterisation of Mo2N/CrN multilayer coatings prepared by cathodic arc evaporation | |
| US8293359B2 (en) | Multilayer CVD-coating and tool with such a coating | |
| Zhang et al. | Structural optimisation and synthesis of multilayers and nanocomposite AlCrTiSiN coatings for excellent machinability | |
| CN104271792B (zh) | 切削工具用硬质涂层 | |
| CN105142831B (zh) | 表面被覆切削工具及其制造方法 | |
| Aditharajan et al. | Recent advances and challenges associated with thin film coatings of cutting tools: a critical review | |
| CN103506640B (zh) | 一种具有涂层的切削工具及其制作方法 | |
| WO2011058637A1 (ja) | 硬質被膜、および硬質被膜被覆工具 | |
| CZ25541U1 (cs) | Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky | |
| Yang et al. | Microstructure and phase forming behaviour of chrome based multi-composition nitride coatings with nanolayer structures | |
| CZ2013110A3 (cs) | Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky | |
| Strnad et al. | Latest developments in PVD coatings for tooling | |
| CN101831616B (zh) | 一种纳米复合钛铬硅氮化物刀具涂层及其制备方法 | |
| Behrens et al. | Potential of duplex plasma deposition processes for the improvement of wear resistance of hot forging dies | |
| Asaad M et al. | Surface modification of cutting tool by multilayer coatings a-Review paper | |
| CZ2013109A3 (cs) | Vodicí kladky z tvrzené oceli pro tažení drátu | |
| RU2829171C1 (ru) | Многослойное нанокомпозитное покрытие на режущем инструменте | |
| Piska | Hard Nano-crystalline coatings for cutting tools | |
| CZ25402U1 (cs) | Vodící kladky z tvrzené oceli pro tažení drátu | |
| CZ22536U1 (cs) | Surovinová vsázka | |
| CZ26186U1 (cs) | Povlakované lisovací nebo tvářecí nástroje |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20130617 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20170215 |