RU174874U1

RU174874U1 - Режущий инструмент из твердого сплава с многослойным покрытием

Info

Publication number: RU174874U1
Application number: RU2016145852U
Authority: RU
Inventors: Петр Олегович Русинов; Жесфина Михайловна Бледнова; Мария Евгеньевна Безмогорычная
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-11-08

Abstract

Полезная модель относится к нанесению износостойких слоев на режущий инструмент, в частности к нанесению покрытий высокоскоростным сверхзвуковым напылением на твердосплавный режущий инструмент, и может быть использована во всех областях машиностроения, связанных с механической обработкой металлов, в том числе легких сплавов, в частности никелевых, титановых, алюминиевых.Технический результат достигается тем, что режущий инструмент из твердого сплава с многослойным покрытием представляет собой композит, содержащий первый, нижний, адгезионный слоя из никеля, второй слой из материала с эффектом памяти формы, износостойкий слой и дополнительно упрочняющий слой, при этом второй слой из материала с эффектом памяти формы состоит из Ti-Ni-Ta при следующем соотношении, мас. %третий, упрочняющий слой, из cBN-Ni при следующем соотношении, мас. %:а четвертый, износостойкий, слой из наноалмазных частиц и кобальта при следующем соотношении, мас. %:Толщина адгезионного первого слоя находится в пределах 100-150 мкм, второго слоя 550-650 мкм, третьего, упрочняющего слоя, 550-600 мкм, четвертого, износостойкого, слоя 500-550 мкм при этом общая толщина композита составляет 1,70-1,95 мм. В четвертом, износостойком, слое используют наноалмазные частицы размером от 35-60 нм. Техническим результатом является повышение прочностных характеристик слоев, в частности адгезии, износостойкости, прочности.

Description

Полезная модель относится к нанесению износостойких слоев на режущий инструмент, в частности к нанесению покрытий высокоскоростным сверхзвуковым напылением на твердосплавный режущий инструмент, и может быть использована во всех областях машиностроения, связанных с механической обработкой металлов, в том числе легких сплавов, в частности, никелевых, титановых, алюминиевых.

Аналогом полезной модели является режущий инструмент с многослойным покрытием на рабочей части, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее пятислойное покрытие, покрытие состоит из нижнего, адгезионного, слоя из нитрида хрома, первого переходного слоя из нитридов алюминия, титана и хрома при их соотношении, мас. %: алюминий 36,13-38,54, титан 16,01-18,37, хром 43,09-47,86, износостойкого слоя, выполненного из нитридов алюминия и титана при их соотношении, мас. %: алюминий 63,25-68,81, титан 31,19-36,75, второго переходного слоя, имеющего тот же состав, что и первый переходный слой, и пятого, антиадгезионного, слоя, выполненного из нитрида хрома (патент РФ №148380).

Недостатком данного режущего инструмента с многослойным износостойким покрытием являются низкие прочностные характеристики покрытия, в частности адгезия, износостойкость и прочность.

Наиболее близким по технической сущности является режущий инструмент из твердого сплава с многослойным покрытием, в котором многослойное покрытие представляет собой композит, состоящий из первого, нижнего, слоя из никеля, второго слоя из материала с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf при следующем соотношении, мас. %:

титан	29,1-29,8
никель	50,2-50,1
гафний	19,6-20,5

и третьего, износостойкого слоя, из эльбор-WC-Cr₃C₂-Co-C при следующем соотношении, мас. %:

эльбор	35-75
WC	7-40
Cr₃C₂	7-30
Со	10-15
С	1-3.

Толщина первого, адгезионного, слоя составляет 50-80 мкм, упомянутого второго слоя - 500-600 мкм и третьего, износостойкого, слоя - 400-500 мкм, при этом общая толщина покрытия составляет 1,08-1,18 мм.

Недостатками данного режущего инструмента с многослойным износостойким покрытием являются низкие прочностные характеристики покрытия, в частности адгезия, износостойкость и прочность.

Задачей полезной модели является усовершенствование режущего инструмента с многослойным композиционным материалом, позволяющее повысить его стойкость при механической обработке.

Техническим результатом является повышение прочностных характеристик слоев, в частности адгезии, износостойкости, прочности.

Технический результат достигается тем, что режущий инструмент с многослойным покрытием, содержит основу из твердого сплава и покрытие, выполненное в виде композита, содержащего первый, нижний, адгезионный слой из никеля, второй слой из материала с эффектом памяти формы и износостойкий слой, при этом покрытие дополнительно содержит упрочняющий слой, расположенный между адгезионным слоем и слоем из материала с эффектом памяти формы, при этом слой из материала с эффектом памяти формы состоит из Ti-Ni-Ta при следующем соотношении компонентов, масс. %:

титан	37,5-38,2
никель	50,1-50,2
тантал	11,6-12,4,

упрочняющий слой - из cBN-Ni при следующем соотношении компонентов, масс. %:

кубический нитрид бора	40-50
никель	50-60

а износостойкий слой из наноалмазных частиц и кобальта при следующем соотношении компонентов, мас. %:

наноалмазные частицы	80-90
кобальт	10-20.

Толщина адгезионного слоя составляет 100-150 мкм, слоя из материала с эффектом памяти формы - 550-650 мкм, упрочняющего слоя 500-550 мкм, износостойкого слоя - 550-600 мкм, при этом общая толщина покрытия составляет 1,7-1,95 мм. Упрочняющий слой содержит наноалмазные частицы от 35-60 нм.

Принятая последовательность слоев обеспечивает повышение прочностных характеристик и износостойкости композита. Наличие слоя из материала с эффектом памяти формы, помимо характерных для этих материалов свойств памяти, сверхупругости или сверхэластичности, тормозит, а иногда блокирует распространение дефектов типа трещин, возникающих в прочном, третьем слое и, как следствие, способствует повышению прочности и долговечности. Упрочняющий слой способствует повышению долговечности за счет введения кубического нитрида бора (cBN) и залечиванию дефектов, трещин в износостойком слое. Износостойкий слой обладает повышенной твердостью 82-85 ГПа. Такая структура слоев позволяет получить высокую прочность сцепления с основой из-за наличия в покрытии нижнего, адгезионного, слоя, обладающего высокой адгезией с инструментальной основой и слоем из материала с эффектом памяти формы благодаря присутствию Ni, имеющего хорошее химическое взаимодействие с материалом режущего инструмента и слоя из материала с эффектом памяти формы, что увеличивает прочность из связи между собой. Третий упрочняющий слой, состоящий из cBN 40-50, Ni 50-60 обладает повышенной долговечностью, что увеличивает прочность композита. Четвертый износостойкий слой, состоящий из наноалмазных частиц (80-90) размером от 35-60 нм и кобальта (10-20), позволяет повысить износостойкость,

Пример 1.

На инструментальную основу режущего инструмента из твердого сплава наносят высокоскоростным газопламенным напылением в защитной атмосфере первый, адгезионный, слой Ni толщиной 100 мкм, далее на первый слой наносят высокоскоростным газопламенным напылением второй слой из материала с эффектом памяти формы Ti-Ni-Ta толщиной 550 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. %: титан 37,5, никель 50,1, тантал 12,4, далее на второй слой наносят высокоскоростным газопламенным напылением упрочняющий, третий слой, состоящий из cBN-Ni толщиной 550 мкм при следующем соотношении, мас. %: cBN 40, Ni 60, и четвертый износостойкий слой, состоящий из наноалмазных частиц размером 35-60 нм и кобальта толщиной 500 мкм при следующем соотношении, мас. %: наноалмазные частицы 80, кобальт 20. В результате получают многослойное покрытие - композит с повышенными прочностными характеристиками, адгезией, износостойкостью, прочностью общей толщиной 1,7 мм.

Результатом применения полезной модели при обработке быстрорежущих сталей стало увеличение среднего периода стойкости режущего инструмента с предлагаемой моделью получения слоев на 60-65% по сравнению со средним периодом стойкости аналогичного режущего инструмента с покрытием - прототипом.

Claims

1. Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий основу из твердого сплава и покрытие, выполненное в виде композита, содержащего первый, нижний, адгезионный слой из никеля, второй слой из материала с эффектом памяти формы и износостойкий слой, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит упрочняющий слой, расположенный между адгезионным слоем и слоем из материала с эффектом памяти формы, при этом слой из материала с эффектом памяти формы состоит из Ti-Ni-Ta при следующем соотношении компонентов, мас. %:

титан 37,5-38,2 никель 50,1-50,2 тантал 11,6-12,4

упрочняющий слой - из cBN-Ni при следующем соотношении компонентов, мас. %:

кубический нитрид бора 40-50 никель 50-60

наноалмазные частицы 80-90 кобальт 10-20

2. Режущий инструмент по п. 1, отличающийся тем, что толщина адгезионного слоя составляет 100-150 мкм, слоя из материала с эффектом памяти формы - 550-650 мкм, упрочняющего слоя 500-550 мкм, износостойкого слоя - 550-600 мкм, при этом общая толщина покрытия составляет 1,7-1,95 мм.

3. Режущий инструмент по п. 1, отличающийся тем, что упрочняющий слой содержит наноалмазные частицы размером 35-60 нм.