EA016704B1 - Method of manufacturing of edge tool - Google Patents
Method of manufacturing of edge tool Download PDFInfo
- Publication number
- EA016704B1 EA016704B1 EA200900117A EA200900117A EA016704B1 EA 016704 B1 EA016704 B1 EA 016704B1 EA 200900117 A EA200900117 A EA 200900117A EA 200900117 A EA200900117 A EA 200900117A EA 016704 B1 EA016704 B1 EA 016704B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- titanium
- tool
- wear
- resistant coating
- cutting part
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке материалов резанием лезвийным инструментом и может быть использовано в машиностроении, деревообработке и других отраслях промышленности.The invention relates to the processing of materials by cutting blade tool and can be used in mechanical engineering, woodworking and other industries.
Известно широкое использование как при резании металлов, так и неметаллических материалов, например деревообработке, лезвийного инструмента, режущая часть которого выполнена из сплавов на основе железа, в частности из инструментальных быстрорежущих сталей, легированных вольфрамом и молибденом, содержащих до 2% ванадия (Р18, Р12, Р9, Р6М5, Р6М3 и др.), а также сталей, легированных вольфрамом и кобальтом, содержащих свыше 2% ванадия (Р18Ф2, Р14Ф5, Р9Ф5, Р10Ф5К5, Р9К5, Р9К10 и др.) [1, 2]. Первую группу относят к сталям нормальной производительности, а вторую - к сталям повышенной производительности. Высокие эксплуатационные свойства быстрорежущих сталей обеспечиваются благодаря их легированию вольфрамом, ванадием и молибденом, которые, соединяясь с углеродом, образуют соответствующие карбиды. Износостойкость быстрорежущих сталей в 3-5 раз выше, чем у углеродистых и низколегированных.It is known to use widely both metal cutting and non-metal materials, such as woodworking, blade tools, the cutting part of which is made of iron-based alloys, in particular of tool high-speed steels alloyed with tungsten and molybdenum, containing up to 2% vanadium (P18, P12 , Р9, Р6М5, Р6М3, etc.), as well as tungsten and cobalt alloyed steels containing more than 2% of vanadium (Р18Ф2, Р14Ф5, Р9Ф5, Р10Ф5К5, Р9К5, Р9К10, etc.) [1, 2]. The first group is attributed to the steels of normal productivity, and the second to the steels of increased productivity. High performance properties of high-speed steels are provided due to their alloying with tungsten, vanadium and molybdenum, which, combined with carbon, form the corresponding carbides. The wear resistance of high-speed steels is 3-5 times higher than that of carbon and low-alloyed ones.
Основным недостатком инструмента, выполненного из этих сталей, является относительно низкая устойчивость к абразивно-адгезионному износу при высоких температурах. В то же время известно, что температура, реализуемая в зоне резания, может превышать 1000°С, в то время как теплостойкость первой группы сталей составляет 620°С, а сталей, легированных кобальтом, - 640°С [3, 4].The main disadvantage of the tool made of these steels is the relatively low resistance to abrasive-adhesive wear at high temperatures. At the same time, it is known that the temperature realized in the cutting zone can exceed 1000 ° С, while the heat resistance of the first group of steels is 620 ° С, and the steels alloyed with cobalt - 640 ° С [3, 4].
Известны способы упрочнения лезвийных инструментов путем нанесения износостойких покрытий на основе нитридов, карбидов, оксидов, карбонитридов, оксикарбидов, оксинитридов, оксикарбонитридов тугоплавких металлов, формируемых различными методами, например газофазным способом, либо так называемым способом КИБ (конденсацией с ионной бомбардировкой - осаждением продуктов электрической эрозии материала в среде реакционноспособного газа пониженного давления), имеющие более высокую стойкость режущей части по сравнению с инструментом из быстрорежущей стали без покрытия [4-6].Known methods of hardening of blade tools by applying wear-resistant coatings based on nitrides, carbides, oxides, carbonitrides, oxycarbides, oxynitrides, oxycarbonitrides of refractory metals formed by various methods, for example by gas-phase method, or by the so-called CIB method (by condensation with ion bombardment, by means of a gas-phase method, or by using the so-called CIB method (by condensation with ion bombardment), or by means of a gas-phase method, or by using the so-called CIB method (condensation with ion bombardment). material in the environment of a reactive gas under pressure), having a higher resistance of the cutting part compared to the tool from b strorezhuschey uncoated steel [4-6].
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ упрочнения режущего инструмента из сплавов на основе железа, кобальта и никеля, предусматривающий нанесение химикотермическим методом покрытия, содержащего титан и инертный тугоплавкий материал на основе соединений титана, например оксид или карбонитрид титана [7].The closest to the technical nature of the claimed is a method of hardening the cutting tool from alloys based on iron, cobalt and nickel, involving the application of chemical thermal coating method containing titanium and an inert refractory material based on titanium compounds, such as titanium oxide or carbonitride [7].
Основным недостатком данного способа упрочнения инструмента является недостаточная стойкость, обусловленная отслаиванием и шелушением покрытия в процессе работы из-за перегрева. Это вызвано образованием резкого температурного скачка на границе между режущей частью и покрытием (материалов с резко отличающимися теплофизическими свойствами) вследствие отсутствия переходного слоя, обеспечивающего между ними хорошие адгезионный и тепловой контакты.The main disadvantage of this method of hardening the tool is the lack of durability due to peeling and peeling of the coating during operation due to overheating. This is caused by the formation of a sharp temperature jump at the boundary between the cutting part and the coating (materials with very different thermal and physical properties) due to the absence of a transition layer, providing good adhesive and thermal contacts between them.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости лезвийного инструмента, режущая часть которого выполнена из сплавов на основе железа, путем формирования тепло-износостойкого переходного слоя между инструментальным материалом и покрытием.The technical task of the invention is to increase the wear resistance of the blade tool, the cutting part of which is made of iron-based alloys, by forming a heat-wear-resistant transition layer between the tool material and the coating.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе упрочнения лезвийного инструмента, режущая часть которого выполнена из сплавов на основе железа, путем нанесения износостойкого покрытия, содержащего титан и инертный тугоплавкий материал на основе соединения титана, например оксид и/или оксикарбонитрид титана, перед нанесением износостойкого покрытия осуществляют кипячение инструмента в течение 25-35 мин в водном растворе, содержащем 50-150 г/л молибденового ангидрида, после чего промывают, сушат и активируют в вакууме поверхность инструмента воздействием на режущую часть ионами титана с энергией 0,5-3,0 КэВ в течение 0,5-5 мин при плавном понижении энергии ионов до 0-150 эВ и постепенном повышении давления рабочего газа с последующим формированием слоя, содержащего соединения титана. Заявляемые пределы изменения времени обработки инструмента в водном растворе молибденового ангидрида и концентрации последнего определяются показателями технико-экономической эффективности указанной операции. Так, увеличение времени кипячения инструмента больше 35 мин в растворе с концентрацией молибденового ангидрида, превышающей 150 г/л не сопровождаются интенсификацией процесса образования интерметаллида РеМо. В то же время ведение операции кипячения инструмента при значениях временных и концентрационных параметров ниже заявляемых вызывает неполное выделение из раствора молибдена и соответствующее незавершение процесса образования интерметаллида. Активацию поверхности инструмента целесообразно выполнять сепарированным потоком ионов титана, сформированным в условиях электродугового вакуумного разряда, что исключает осаждение капельно-блочной фракции продуктов электрической эрозии на поверхности инструмента и позволяет варьировать энергетические характеристики ионного потока в широких пределах, исключая распыление слоя, образовавшегося после кипячения в водном растворе молибденового ангидрида. Постепенным понижением энергии ионов до 0-150 эВ и повышением давления рабочего газа обеспечивают формирование слоя из соединений титана толщиной 1-10 мкм с плавным изменением содержания атомарного титана по толщине покрытия до 5-30%.The problem is solved due to the fact that in the method of hardening the blade tool, the cutting part of which is made of iron-based alloys, by applying a wear-resistant coating containing titanium and an inert refractory material based on titanium compound, for example, oxide and / or titanium oxycarbonitride, before applying wear-resistant coatings carry out boiling of the instrument for 25-35 minutes in an aqueous solution containing 50-150 g / l of molybdenum anhydride, then washed, dried and activated in vacuum surface and Instrument impact on the cutting part of titanium ions with an energy of 0.5-3.0 KeV for 0.5-5 minutes with a gradual decrease in the ion energy to 0-150 eV and a gradual increase in the pressure of the working gas with the subsequent formation of a layer containing titanium compounds. The claimed range of changes in the processing time of the instrument in an aqueous solution of molybdenum anhydride and the concentration of the latter are determined by the indicators of technical and economic efficiency of this operation. Thus, an increase in the boiling time of an instrument for more than 35 minutes in a solution with a concentration of molybdenum anhydride exceeding 150 g / l is not accompanied by an intensification of the process of formation of the intermetallic compound ReMo. At the same time, the conduct of the operation of boiling the instrument with the values of the temporal and concentration parameters below the declared ones causes an incomplete separation of molybdenum from the solution and the corresponding non-completion of the process of formation of the intermetallic compound. It is advisable to activate the surface of the instrument by separating a stream of titanium ions formed under the conditions of an electric arc vacuum discharge, which excludes the deposition of a droplet-block fraction of electric erosion products on the instrument surface and allows varying the energy characteristics of the ion flow over a wide range, excluding sputtering of the layer formed after boiling in water molybdenum anhydride solution. A gradual decrease in the ion energy to 0–150 eV and an increase in the pressure of the working gas ensure the formation of a layer of titanium compounds with a thickness of 1–10 μm with a smooth change in the content of atomic titanium through the coating thickness to 5–30%.
Работоспособность предлагаемого способа иллюстрируется следующим примером.The efficiency of the proposed method is illustrated by the following example.
Сверла различного диаметра (от 1 до 16 мм), выполненные из быстрорежущей стали Р6М5 и Р9К5, обезжиренные в мыльном растворе и промытые в дистиллированной деионизированной воде, кипятили в течение 30 мин в водном растворе, содержащем 100 г/л молибденового ангидрида, вследствие чего на их поверхности образовался устойчивый к истиранию слой темно-синего (почти черного) цвета, содержаDrills of different diameters (from 1 to 16 mm), made of high-speed steel R6M5 and R9K5, degreased in soap solution and washed in distilled deionized water, were boiled for 30 minutes in an aqueous solution containing 100 g / l of molybdenum anhydride, as a result their surface formed a layer of dark blue (almost black) color resistant to abrasion, containing
- 1 016704 щий интерметаллиды типа ЕеМо. После этого сверла промывали, сушили в потоке горячего воздуха и размещали в установке УРМ3.279.048, модифицированной путем встраивания системы сепарации плазмы. Активацию поверхности инструмента для нанесения износостойкого покрытия содержащего титан и инертный тугоплавкий материал, включающий соединения титана, осуществляли ионной бомбардировкой при отрицательном потенциале смещения 1,5 кВ ионами материала катода (титан ВТ1-00) в вакууме (0,001 Па) в течение 1 мин с последующим плавным снижением потенциала смещения до -50 В и напуске в камеру пропана-бутана до давления 0,133 Па при токе дуги 120 А. При этом давлении осаждали слой карбида титана толщиной 6 мкм с содержанием атомарного титана до 10%. Как показали результаты рентгено-структурных и электронно-микроскопических исследований, обработка инструмента высокоэнергетичными ионами титана не только активирует его поверхность для последующего формирования износоустойчивого покрытия, но и приводит к внедрению некоторой части атомарного титана в интерметаллидный слой. Этот результат в сочетании с плавным снижением энергии ионов титана при напуске в камеру рабочего газа способствует сглаживанию границы в теплофизических характеристиках между режущей частью инструмента и покрытием из инертного тугоплавкого материала, включающем соединения титана. Кроме того, как показали результаты стойкостных испытаний, в процессе эксплуатации инструмента вследствие развития высоких температур в зоне резания имеет место диффундирование титана по направлению покрытие - переходной слой - инструментальная основа, что также способствует улучшению теплового и адгезионного контакта между ними.- 1 016704 of the intermetallic compounds of type EHMO. After this, the drills were washed, dried in a stream of hot air, and placed in an RDM3.279.048 unit, modified by the integration of a plasma separation system. The surface activation of a tool for applying a wear-resistant coating containing titanium and an inert refractory material, including titanium compounds, was carried out by ion bombardment at a negative bias potential of 1.5 kV with ions of the cathode material (titanium VT1-00) in vacuum (0.001 Pa) for 1 min followed by gradually reducing the bias potential to -50 V and injecting propane-butane into the chamber to a pressure of 0.133 Pa at an arc current of 120 A. At this pressure, a layer of titanium carbide 6 microns thick was deposited with atomic titanium content up to 10%. As the results of X-ray structural and electron microscopic studies have shown, the processing of the instrument with high-energy titanium ions not only activates its surface for the subsequent formation of a wear-resistant coating, but also leads to the introduction of some part of atomic titanium into the intermetallic layer. This result, combined with a gradual decrease in the energy of titanium ions when the working gas is injected into the chamber, contributes to smoothing the boundary in thermal characteristics between the cutting part of the tool and the coating of inert refractory material, including titanium compounds. In addition, as shown by the results of stochastic tests, during operation of the tool, due to the development of high temperatures in the cutting zone, titanium diffuses in the direction of the coating — the transition layer — the tool base, which also contributes to the improvement of thermal and adhesive contact between them.
Таким образом, предлагаемый способ обработки лезвийного инструмента, режущая часть которого выполнена из сплавов на основе железа, предусматривающий нанесение одним из наиболее простых и экономичных способов плазменно-вакуумного электродугового напыления износостойкого покрытия, содержащего титан и инертный тугоплавкий материал, включающий соединения титана, позволяет существенно увеличить его срок эксплуатации.Thus, the proposed method of processing a blade tool, the cutting part of which is made of iron-based alloys, provides for the application of a wear-resistant coating containing titanium and inert refractory material containing titanium compounds to one of the simplest and most economical methods of plasma-vacuum electric arc spraying. its lifetime.
Использованная литератураReferences
1. Гуляев А.П., Малинина К.А., Саверина С.М. Инструментальные стали. Справочник, М., 1961.1. Gulyaev A.P., Malinina K.A., Saverina S.M. Tool steel. Handbook, M., 1961.
2. Геллер Ю.А. Инструментальные стали, 3 изд., М., 1968.2. Geller Yu.A. Tool steel, 3 ed., M., 1968.
3. Резников А.Н. Теплофизика резания. М.: Машиностроение, 1969, 288 с.3. Reznikov A.N. Thermal physics cutting. M .: Mashinostroenie, 1969, 288 p.
4. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001, 448 с.4. Vasin S.A., Vereshchaka A.S., Kushner V.S. Cutting materials: Thermomechanical approach to the system of interconnections during cutting. M .: Publishing House of Moscow State Technical University. Bauman, 2001, 448 p.
5. Джеломанова Л.Г. Прогрессивные методы нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент: Инструментальная и абразивная промышленность. М.: НИИмаш, 1979.5. Dzhelomanova L.G. Advanced methods of applying wear-resistant coatings to cutting tools: Tool and abrasive industry. M .: NIImash, 1979.
6. Витязь П.А., Дубровская Г.Н., Кирилюк Л.М. Газофазное осаждение покрытий из нитрида титана. Мн.: Наука и техника, 1983.6. Vityaz PA, Dubrovskaya G.N., Kirilyuk L.M. Gas phase deposition of titanium nitride coatings. Mn .: Science and Technology, 1983.
7. Патент Англии 1314528, 1973, прототип.7. Patent of England 1314528, 1973, prototype.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BY20080178 | 2008-02-19 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA200900117A2 EA200900117A2 (en) | 2009-10-30 |
EA200900117A3 EA200900117A3 (en) | 2009-12-30 |
EA016704B1 true EA016704B1 (en) | 2012-06-29 |
Family
ID=41353780
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA200900117A EA016704B1 (en) | 2008-02-19 | 2008-12-17 | Method of manufacturing of edge tool |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EA (1) | EA016704B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2605395C1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for chemical-thermal treatment of parts made from nickel-based alloy |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1314528A (en) * | 1969-06-06 | 1973-04-26 | Chrome Alloying Co | Pack diffusion coating with titanium |
SU1676756A1 (en) * | 1989-11-24 | 1991-09-15 | Предприятие П/Я В-2038 | Method of treatment of tools, predominantly hard-alloy tools |
SU1701428A1 (en) * | 1984-10-19 | 1991-12-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт | Cutting tool with wear-resistant coating |
RU2161212C2 (en) * | 1997-12-30 | 2000-12-27 | Премарк РВП Холдингс, Инк. | Method of coating application to pressing plate |
RU2234556C2 (en) * | 2002-04-25 | 2004-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method for processing of surfaces of steam turbine vanes made of titanium alloy |
-
2008
- 2008-12-17 EA EA200900117A patent/EA016704B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1314528A (en) * | 1969-06-06 | 1973-04-26 | Chrome Alloying Co | Pack diffusion coating with titanium |
SU1701428A1 (en) * | 1984-10-19 | 1991-12-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт | Cutting tool with wear-resistant coating |
SU1676756A1 (en) * | 1989-11-24 | 1991-09-15 | Предприятие П/Я В-2038 | Method of treatment of tools, predominantly hard-alloy tools |
RU2161212C2 (en) * | 1997-12-30 | 2000-12-27 | Премарк РВП Холдингс, Инк. | Method of coating application to pressing plate |
RU2234556C2 (en) * | 2002-04-25 | 2004-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method for processing of surfaces of steam turbine vanes made of titanium alloy |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2605395C1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-12-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method for chemical-thermal treatment of parts made from nickel-based alloy |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA200900117A2 (en) | 2009-10-30 |
EA200900117A3 (en) | 2009-12-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102610954B1 (en) | Wear-resistant PVD tool coating containing TiAlN nanolayer films | |
JP4704335B2 (en) | Surface coated cutting tool | |
CN103820761B (en) | A kind of preparation method of metal carbides coating | |
KR20090068150A (en) | Method of making a coated cutting tool, and cutting tools thereof | |
KR101860292B1 (en) | Method for producing coated tool | |
JP6525310B2 (en) | Coated tools | |
RU2012113242A (en) | METHOD FOR PRELIMINARY PROCESSING OF SUBSTRATES FOR METHOD OF APPLICATION OF COATING BY DEPOSITION OF VAPORS | |
Sharipov et al. | Increasing the resistance of the cutting tool during heat treatment and coating | |
CN110643955B (en) | High-entropy alloy coating and preparation method thereof | |
CN111945111A (en) | Composite coating deposited on surface of cubic boron nitride cutter and deposition method | |
JP5493513B2 (en) | Coating rotation tool | |
JP6243796B2 (en) | Method for forming diamond-like carbon film | |
Xiao et al. | Titanium carbonitride coating by pulsed electrical discharge in an aqueous solution of ethanolamine | |
CN212335269U (en) | Composite coating deposited on surface of cubic boron nitride cutter and vacuum coating device | |
CN111778485B (en) | Coating and preparation method thereof | |
EA016704B1 (en) | Method of manufacturing of edge tool | |
WO2018198421A1 (en) | Cutting tool and method for manufacturing same | |
JP5464494B2 (en) | Surface coated cutting tool with excellent chipping resistance and peeling resistance of hard coating layer | |
WO2020184352A1 (en) | Surface-coated cutting tool | |
JP2012076156A (en) | Cemented carbide, and method of manufacturing the same | |
Chang et al. | Deposition of DLC/oxynitriding Films onto JIS SKD11 Steel by Bipolar-pulsed PECVD | |
JP5327534B2 (en) | Surface coated cutting tool with excellent chipping resistance and peeling resistance of hard coating layer | |
KR101466221B1 (en) | Method for enhancement of wear resistance of a cutting tool, and the a cutting tool having enhanced wear resistance | |
JP6211858B2 (en) | Manufacturing method of hard coating with excellent lubricity and wear resistance | |
JP3572240B2 (en) | Method and apparatus for physically modifying a conductive member |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU |