CZ305986B6 - Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky - Google Patents
Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky Download PDFInfo
- Publication number
- CZ305986B6 CZ305986B6 CZ2013-110A CZ2013110A CZ305986B6 CZ 305986 B6 CZ305986 B6 CZ 305986B6 CZ 2013110 A CZ2013110 A CZ 2013110A CZ 305986 B6 CZ305986 B6 CZ 305986B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- titanium
- tibc
- boron
- cutting
- layer
- Prior art date
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title abstract description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 title abstract description 6
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- -1 titanium nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 41
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 17
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 claims description 8
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 4
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QDMRQDKMCNPQQH-UHFFFAOYSA-N boranylidynetitanium Chemical compound [B].[Ti] QDMRQDKMCNPQQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 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
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910010165 TiCu Inorganic materials 0.000 description 1
- 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
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 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
- 239000000126 substance 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)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Řešení se týká závitořezných nástrojů z rychlořezné oceli, jejichž povrch je opatřen tenkými ochrannými vrstvami na bázi titanu, bóru a uhlíku (TiBC) v kombinaci s diboridem titanu (TiB.sub.2.n.). K zajištění dobré adheze obou vrstev z TiBC a z TiB.sub.2.n.k ocelovému substrátu z rychlořezné oceli je jako první nanesena mezivrstva nitridu titanu (TiN), na níž navazuje střední vrstva složená z titanu, bóru a uhlíku (TiBC), obsahující nitridy titanu, a ochranná nanokompozitní multivrstva je zakončena vrchní vrstvou diboridu titanu (TiB.sub.2.n.), přičemž ochranná nanokompozitní multivrstva vykazuje tloušťku 2 až 3 .mi.m. Tloušťka spodní vrstvy z nitridu titanu (TiN) nepřesahuje 0,5 .mi.m. Ve výhodném provedení je střední vrstva složená z titanu, bóru a uhlíku (TiBC) tvořena několika vrstvami umístěnými nad sebou mezi kterými jsou pravidelně umístěny jednotlivé vrchní vrstvy diboridu titanu (TiB.sub.2.n.), přičemž ochranná nanokompozitní multivrstva je zakončena vždy vrchní vrstvou diboridu titanu (TiB.sub.2.n.).
Description
Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné ocelí, zejména závitníky
Oblast techniky
Vynález 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 vynálezu
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 TiB2. K zajištění dobré adheze obou vrstev TiBC/TiB2 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 svrchními 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 TiBC/TiB2 v počtu vyšším než dvacet.
- 1 CZ 305986 B6
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 pm. Střední vrstva, resp. střední vrstvy složené z titanu, bóru a uhlíku, a vrchní vrstva, resp. vrchní vrstvy z diboridu titanu, vykazují tvrdost kolem 45 GPa.
Objasnění výkresu
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 multivrstva zakončena vrchní vrstvou diboridu titanu.
Příklady uskutečnění vynálezu
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 multivrstvy 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 (TiCU - zdroj Ti), chlorid boritý (BC13 - 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 dávají možnost ovlivnit chemické složení a také vlastnosti deponovaných vrstev nanášených na substrát řezného nástroje.
Realizací závitníků podle vynálezu 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 (4)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Povlakovaný nástroj závitořezný z rychlořezné oceli, zejména závitník, vyznačující se tím, že alespoň břit řezných nástrojů je opatřen 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 ochranná vrstva vytvořená z titanu, bóru a uhlíku (TiBC), obsahující rovněž nitridy bóru a nitridy titanu, a ochranná nanokompozitní multivrstva je zakončena vrchní vrstvou diboridu titanu (TiB2), přičemž ochranná nanokompozitní multivrstva vykazuje tloušťku 2 až 3 pm.
- 2. Povlakovaný nástroj závitořezný z rychlořezné oceli podle nároku 1, vyznačující se tím, že spodní vrstva z nitridu titanu (TiN) vykazuje tloušťku nepřesahující 0,5 pm.
- 3. Povlakovaný nástroj závitořezný z rychlořezné oceli podle nároku 1, vyznačující se tím, že střední ochranná 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 (TiB2), přičemž ochranná nanokompozitní multivrstva je zakončena vždy vrchní vrstvou diboridu titanu (TiB2).
- 4. Povlakovaný nástroj závitořezný z rychlořezné oceli podle nároku 1, vyznačující se tím, že střední ochranná 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 |
|---|---|---|---|
| CZ2013-110A CZ305986B6 (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 |
|---|---|---|---|
| CZ2013-110A CZ305986B6 (cs) | 2013-02-15 | 2013-02-15 | Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2013110A3 CZ2013110A3 (cs) | 2014-08-27 |
| CZ305986B6 true CZ305986B6 (cs) | 2016-06-08 |
Family
ID=51494687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-110A CZ305986B6 (cs) | 2013-02-15 | 2013-02-15 | Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305986B6 (cs) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CS199183B1 (cs) * | 1978-10-09 | 1980-07-31 | Jiri Bures | Způsob vytvářeni hladkých povlaků z karbidů a nitridů kovů |
| DE2943585A1 (de) * | 1979-10-29 | 1981-04-30 | Hollingsworth Gmbh, 7265 Neubulach | Verfahren zum erhoehen der haerte und verschleissfestigkeit der oberflaeche eines staehlernen werkstuecks |
| US4268582A (en) * | 1979-03-02 | 1981-05-19 | General Electric Company | Boride coated cemented carbide |
| EP0229936A1 (de) * | 1985-12-17 | 1987-07-29 | Technische Universität Chemnitz | Hartstoffschichten für mechanisch und korrosiv beanspruchte Teile |
| JPS62228469A (ja) * | 1980-04-30 | 1987-10-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆切削工具 |
| DE4123326A1 (de) * | 1991-07-15 | 1993-01-21 | Horst Sprenger Gmbh | Rakelwelle fuer streich- und beschichtungsanlagen sowie fuer leim- und filmpressen |
| CZ289443B6 (cs) * | 1996-01-25 | 2002-01-16 | Bortec Gmbh | Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru |
| EP1614720A1 (en) * | 2004-06-28 | 2006-01-11 | Ensci Incorporated | Process for producing thin film metal non-oxide coated powder substrates and products produced therefrom |
| CZ22536U1 (cs) * | 2010-12-29 | 2011-08-01 | Technická univerzita v Liberci | Surovinová vsázka |
-
2013
- 2013-02-15 CZ CZ2013-110A patent/CZ305986B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CS199183B1 (cs) * | 1978-10-09 | 1980-07-31 | Jiri Bures | Způsob vytvářeni hladkých povlaků z karbidů a nitridů kovů |
| US4268582A (en) * | 1979-03-02 | 1981-05-19 | General Electric Company | Boride coated cemented carbide |
| DE2943585A1 (de) * | 1979-10-29 | 1981-04-30 | Hollingsworth Gmbh, 7265 Neubulach | Verfahren zum erhoehen der haerte und verschleissfestigkeit der oberflaeche eines staehlernen werkstuecks |
| JPS62228469A (ja) * | 1980-04-30 | 1987-10-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆切削工具 |
| EP0229936A1 (de) * | 1985-12-17 | 1987-07-29 | Technische Universität Chemnitz | Hartstoffschichten für mechanisch und korrosiv beanspruchte Teile |
| DE4123326A1 (de) * | 1991-07-15 | 1993-01-21 | Horst Sprenger Gmbh | Rakelwelle fuer streich- und beschichtungsanlagen sowie fuer leim- und filmpressen |
| CZ289443B6 (cs) * | 1996-01-25 | 2002-01-16 | Bortec Gmbh | Způsob výroby boridových vrstev na povrchy kovových materiálů, odolných vůči otěru |
| EP1614720A1 (en) * | 2004-06-28 | 2006-01-11 | Ensci Incorporated | Process for producing thin film metal non-oxide coated powder substrates and products produced therefrom |
| CZ22536U1 (cs) * | 2010-12-29 | 2011-08-01 | Technická univerzita v Liberci | Surovinová vsázka |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2013110A3 (cs) | 2014-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Beake et al. | Progress in high temperature nanomechanical testing of coatings for optimising their performance in high speed machining | |
| RU2501887C2 (ru) | Элемент для резания, покрытый твердым материалом | |
| US8293359B2 (en) | Multilayer CVD-coating and tool with such a coating | |
| Tabakov et al. | Development of Technological Means for Formation of Multilayer Composite Coatings, Providing Increased Resistance of Carbide Tools, for Different Machining Conditions | |
| TR201809804T4 (tr) | Kesici takım. | |
| CN105142831B (zh) | 表面被覆切削工具及其制造方法 | |
| CN104271792B (zh) | 切削工具用硬质涂层 | |
| Batista et al. | Characterisation of duplex and non-duplex (Ti, Al) N and Cr–N PVD coatings | |
| Chen et al. | Structure and wear behavior of AlCrSiN-based coatings | |
| CN103108716B (zh) | 表面被覆切削工具 | |
| Aditharajan et al. | Recent advances and challenges associated with thin film coatings of cutting tools: a critical review | |
| Liskiewicz et al. | DLC coatings in oil and gas production | |
| Grigoriev et al. | Influence of the tribological properties of the Zr, Hf-(Zr, Hf) N-(Zr, Me, Hf, Al) N coatings (where Me is Mo, Ti, or Cr) with a nanostructured wear-resistant layer on their wear pattern during turning of steel | |
| CN105965043B (zh) | 一种涂覆切削工具及其制备方法 | |
| Tillmann et al. | Influence of nitriding parameters on the tribological properties and the adhesion of Ti-and Cr-based multilayer designs | |
| Lei et al. | Characterization and tribological behavior of TiAlN/TiAlCN multilayer coatings | |
| CA2765645A1 (en) | Coated substrates and methods of making same | |
| CZ305986B6 (cs) | Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky | |
| CZ25541U1 (cs) | Povlakované nástroje závitořezné z rychlořezné oceli, zejména závitníky | |
| CN101831616B (zh) | 一种纳米复合钛铬硅氮化物刀具涂层及其制备方法 | |
| Bouzakis et al. | Coated tools | |
| Asaad M et al. | Surface modification of cutting tool by multilayer coatings a-Review paper | |
| Piska | Hard Nano-crystalline coatings for cutting tools | |
| CZ2013109A3 (cs) | Vodicí kladky z tvrzené oceli pro tažení drátu | |
| Diciuc et al. | The structure and formation of functional hard coatings: a short review |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20210215 |