RU112657U1

RU112657U1 - CUTTING PLATE

Info

Publication number: RU112657U1
Application number: RU2011132812/02U
Authority: RU
Inventors: Юрий Георгиевич Кабалдин; Олег Васильевич Кретинин; Сергей Владимирович Серый; Алексей Викторович Уткин
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2012-01-20

Abstract

Режущая пластина, содержащая основу из твердого сплава и нанесенное на него покрытие, включающее слои: карбида титана, карбонитрида титана, слой из металла и наружный слой из наноструктурного нитрида твердого тугоплавкого металла, отличающаяся тем, что наружный слой выполнен из наноструктурного нитрида циркония, а слой из металла выполнен из циркония и расположен между верхним слоем из наноструктурного нитрида циркония и слоем из карбонитрида титана. A cutting insert containing a hard alloy base and a coating applied to it, including layers: titanium carbide, titanium carbonitride, a metal layer and an outer layer of nanostructured nitride of hard refractory metal, characterized in that the outer layer is made of nanostructured zirconium nitride, and the layer metal is made of zirconium and is located between the top layer of nanostructured zirconium nitride and the layer of titanium carbonitride.

Description

Решение относится к области машиностроения, в частности, к металлообработке, а именно, к металлорежущему инструменту, который включает режущую пластину из спеченного твердого сплава с износостойким покрытием.The solution relates to the field of engineering, in particular, to metalworking, namely, to a metal-cutting tool, which includes a cutting plate of sintered hard alloy with a wear-resistant coating.

Известны режущие пластины с многослойными покрытиями из тугоплавких соединений (Верещака А.С., Работоспособность инструмента с износостойким покрытием М.: Машиностроение, 1993. - 336 с.), в частности, двухслойное покрытие TiC+Ti(CN), т.е. из карбидов титана и карбонитридов титана. Покрытие позволяет повысить работоспособность режущей пластины до 2…3 раз при обработке конструкционных сталей, чугунов. Такие покрытия наносят осаждением из газовой фазы толщиной 5…6 мкм. Недостатком такой пластины является образование между подложкой и нижним слоем покрытия хрупкой … фазы, что способствует отслаиванию покрытия и снижению износостойкости режущих пластинKnown cutting inserts with multilayer coatings of refractory compounds (Vereshchak A.S., Serviceability of the tool with a wear-resistant coating M .: Mechanical Engineering, 1993. - 336 p.), In particular, a two-layer coating TiC + Ti (CN), i.e. from titanium carbides and titanium carbonitrides. The coating allows you to increase the efficiency of the cutting plate up to 2 ... 3 times when machining structural steels, cast irons. Such coatings are applied by vapor deposition with a thickness of 5 ... 6 microns. The disadvantage of this insert is the formation between the substrate and the lower coating layer of a brittle ... phase, which contributes to the peeling of the coating and reduce the wear resistance of the cutting plates

Известен режущий инструмент (патент РФ на полезную модель №97084, D27G 15/00, С23С 14/32, опубл. 27.08.2010), содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионоплазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении масс.%: титан 78,0-86,0, хром 4,0-6,0, цирконий 12,0-16,0; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении, масс.%: титан 73,0-81,0, хром 9,0-11,0, цирконий 12,0-16,0; в качестве верхнего-нитрид или карбонитрид соединения титана и хрома при их соотношении мас.%: титан 91,5-93,5, хром 6,5-8,5.Known cutting tool (RF patent for utility model No. 97084, D27G 15/00, C23C 14/32, publ. 08/27/2010) containing a tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, the nitride or carbonitride being used as the lower layer compounds of titanium, chromium and zirconium with a ratio of wt.%: titanium 78.0-86.0, chromium 4.0-6.0, zirconium 12.0-16.0; as an intermediate, nitride or carbonitride of a titanium, chromium and zirconium compound at their ratio, wt.%: titanium 73.0-81.0, chromium 9.0-11.0, zirconium 12.0-16.0; as the upper nitride or carbonitride, titanium and chromium compounds with their ratio wt.%: titanium 91.5-93.5, chromium 6.5-8.5.

Однако выполнение такого покрытия трудоемко и едва ли осуществимо практическиHowever, the implementation of such a coating is time-consuming and hardly practicable

В качестве прототипа принята режущая пластина, где осаждение покрытия проводят как газофазным методом (CVD), так и физическим методом (PVD), в частности конденсацией с ионной бомбардировкой частицами из тугоплавких металлов (метод КИБ). Режущая пластина имеет покрытие Cr-TiC-Ti(CN)-TiN (хром-карбид титана-карбонитрид титана-нитрид титана) Мягкий слой, из хрома осаждается методом КИБ, верхний слой из нитрида титана (TiN) также осаждают методом КИБ с зернами порядка ~30 нанометров, т.е. он является наноструктурным (см. О.В.Волхонский, Н.В,Блинков и др. Влияние наноструктурного финишного слоя TiN в комбинированных PVD/CVD/PVD покрытиях на свойства режущего инструмента / Труды международной научно-технической конференции <Нанотехнологии функциональных материалов> С.Петербург, 2010).As a prototype, a cutting insert has been adopted, where coating deposition is carried out both by the gas-phase method (CVD) and the physical method (PVD), in particular by condensation with ion bombardment by particles of refractory metals (CIB method). The cutting insert is coated with Cr-TiC-Ti (CN) -TiN (titanium chromium carbide-titanium carbonitride-titanium nitride) Soft layer, deposited from chromium by the KIB method, the upper layer from titanium nitride (TiN) is also deposited by the KIB method with grains of the order ~ 30 nanometers, i.e. it is nanostructured (see OVVolkhonsky, N.V., Blinkov et al. Effect of a nanostructured TiN finish layer in combined PVD / CVD / PVD coatings on the properties of a cutting tool / Transactions of the International Scientific and Technical Conference <Functional Materials Nanotechnology> С . Petersburg, 2010).

Данная режущая пластина позволяет повысить износостойкость в 1,5…2 раза по сравнению с режущей пластиной с покрытием TiC-Ti(CN). Это связано с отсутствием хрупкой h фазы и с формированием верхнего наноструктурного слоя.This cutting insert allows you to increase the wear resistance by 1.5 ... 2 times compared with a TiC-Ti (CN) coated insert. This is due to the absence of a brittle h phase and to the formation of the upper nanostructured layer.

Недостатком такого вида режущей пластины является низкий прирост износостойкости. Это связано с тем, что, как показало наше исследование, разрушение покрытия происходит путем его растрескивания, которое начинается с верхних слоев и трещины прорастают в подложку. При этом образуется сетка микротрещин, а отрыв частиц покрытия происходит из-за адгезии с обрабатываемым металлом. При отрыве частиц покрытия обнажается основа (подложка) из твердого сплава. Поэтому необходимоThe disadvantage of this type of cutting insert is the low increase in wear resistance. This is due to the fact that, as our study showed, the destruction of the coating occurs by cracking, which begins with the upper layers and cracks grow into the substrate. In this case, a network of microcracks is formed, and the detachment of coating particles occurs due to adhesion with the metal being treated. Upon separation of the coating particles, a base (substrate) of hard alloy is exposed. Therefore necessary

повышать, прежде всего, трещиностойкость верхних слоев покрытия режущей пластины, которые растрескиваются с самого начала резания. Этот недостаток особенно сильно проявляется при обработке нержавеющих и титановых сплавов.First of all, to increase the crack resistance of the upper layers of the coating of the cutting insert, which crack from the very beginning of cutting. This disadvantage is especially pronounced when machining stainless and titanium alloys.

Он устраняется предлагаемым решением.It is eliminated by the proposed solution.

Ставится задача совершенствования режущих пластин с покрытием.The task is to improve coated inserts.

Технический результат - повышение износостойкости режущих пластин.EFFECT: increased wear resistance of cutting inserts.

Этот технический результат достигается тем, что в режущей пластине, содержащей основу из твердого сплава и нанесенное на него покрытие, включающее слои: карбида титана, карбонитрида титана, верхний слой из наноструктурного нитрида твердого тугоплавкого металла, мягкий слой из чистого металла, верхний слой выполнен из наноструктурного нитрида циркония, а мягкий слой выполнен из циркония и расположен между верхним слоем из наноструктурного нитрида циркония и слоем из карбонитрида титана.This technical result is achieved in that in a cutting insert containing a hard alloy base and a coating deposited on it, including layers: titanium carbide, titanium carbonitride, a top layer of nanostructured hard refractory metal nitride, a soft layer of pure metal, the top layer is made of nanostructured zirconium nitride, and the soft layer is made of zirconium and is located between the upper layer of nanostructured zirconium nitride and a layer of titanium carbonitride.

Осаждение мягкого слоя из чистого циркония и верхнего слоя покрытия из наноструктурного нитрида циркония повышает жаростойкость и трещиностойкость покрытия, а следовательно, и износостойкость режущей пластины за счет уменьшения отрыва частиц покрытия. Преимущество предлагаемой режущей пластины достигается тем, что мягкий слой уменьшает процесс трещинообразования наружного наноструктурного покрытия из нитрида титана и залечивает дефекты нижнего слоя из карбонитрида титана, что препятствует распространению трещин к подложке.The deposition of a soft layer of pure zirconium and an upper coating layer of nanostructured zirconium nitride increases the heat resistance and crack resistance of the coating, and hence the wear resistance of the cutting insert by reducing the separation of the coating particles. The advantage of the proposed insert is achieved in that the soft layer reduces the cracking process of the outer nanostructured titanium nitride coating and heals the defects of the lower layer of titanium carbonitride, which prevents the propagation of cracks to the substrate.

Данный эффект особенно является значительным при резании нержавеющих и коррозионноустойчивых сталей и сплавов.This effect is especially significant when cutting stainless and corrosion-resistant steels and alloys.

Предлагаемая режущая пластина приведена на чертеже. Она содержит основу 1 из твердого сплава, на которую нанесены слой 2 из карбида титана, слой 3 из карбонитрида титана, слой 4 из циркония и слой 5 из наноструктурного нитрида циркония.The proposed cutting insert is shown in the drawing. It contains a carbide base 1 on which a layer 2 of titanium carbide, a layer 3 of titanium carbonitride, a layer 4 of zirconium and a layer 5 of nanostructured zirconium nitride are deposited.

Пример реализации режущей пластины.An example implementation of a cutting insert.

Изготавливали режущие пластины, где на основу (подложку) из твердого сплава ТТ10К8Б методом CVD осаждали слоистые покрытия TiC-Ti(CN) по 2 мкм, а затем методом КИБ (в установке ННВ) осаждали мягкий слой из циркония толщиной 1 мкм и испаряли катод из циркония в среде азота, формируя нитрид циркония ZrN толщиной 1-1,5 мкм с размером зерен порядка 30…50 нанометров.Cutting inserts were made where 2 μm TiC-Ti (CN) layered coatings were deposited by CVD using a CVD method on a base (substrate) of TT10K8B carbide, and then a soft layer of zirconium 1 μm thick was deposited by the KIB method (in the NVN installation) and the cathode was evaporated from zirconium in a nitrogen medium, forming zirconium nitride ZrN 1-1.5 microns thick with a grain size of about 30 ... 50 nanometers.

Осуществляли точение нержавеющей стали Х18Н9Т. Режим резания: скорость резания V=60 м/мин, глубина резания t=2 мм, подача - S=0,21 мм/об. Определяли Т - время резания при достижении износа режущей пластины по задней поверхности h₃=0,4 мм. Испытаниям подвергали четырехгранные режущие пластины и режущие пластины по прототипу. Результаты испытаний приведены в таблице. таблицаThe turning of X18H9T stainless steel was carried out. Cutting mode: cutting speed V = 60 m / min, cutting depth t = 2 mm, feed - S = 0.21 mm / rev. T was determined - the cutting time when the wear of the cutting insert on the rear surface h ₃ = 0.4 mm The test was subjected to tetrahedral cutting inserts and cutting inserts according to the prototype. The test results are shown in the table. table

Вид пластинType of plates Предлагаемая режущая пластина (ТТ10К8Б-TiС-Ti(CN)-Zr-ZrN)Suggested insert (TT10K8B-TiC-Ti (CN) -Zr-ZrN) Прототип (ТТ10К8Б-TiC-Ti(CN)-Cr-TiN)Prototype (TT10K8B-TiC-Ti (CN) -Cr-TiN) Время резания до износа h₃=0,4 мм, в минCutting time to wear h ₃ = 0.4 mm, in min 2121 88

По результатам испытаний режущих пластин, приведенных в таблице, видно, что предлагаемая режущая пластина, содержащая в верхнем слое покрытия нитрид циркония и мягкий слой из чистого циркония между ним и карбонитридом титана, обеспечивает повышение износостойкости свыше 2-х раз.According to the test results of the cutting inserts shown in the table, it can be seen that the proposed cutting insert containing zirconium nitride and a soft layer of pure zirconium between it and titanium carbonitride in the upper coating layer provides an increase in wear resistance by more than 2 times.

Claims

A cutting insert containing a carbide base and a coating thereon comprising layers: titanium carbide, titanium carbonitride, a metal layer and an outer layer of nanostructured hard refractory metal nitride, characterized in that the outer layer is made of nanostructured zirconium nitride, and the layer metal is made of zirconium and is located between the upper layer of nanostructured zirconium nitride and a layer of titanium carbonitride.