RU2092611C1 - Method of treating cutting tools for organic materials and ceramics - Google Patents

Method of treating cutting tools for organic materials and ceramics Download PDF

Info

Publication number
RU2092611C1
RU2092611C1 RU95100400A RU95100400A RU2092611C1 RU 2092611 C1 RU2092611 C1 RU 2092611C1 RU 95100400 A RU95100400 A RU 95100400A RU 95100400 A RU95100400 A RU 95100400A RU 2092611 C1 RU2092611 C1 RU 2092611C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutting
layer
titanium
tool
carbonitride layer
Prior art date
Application number
RU95100400A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95100400A (en
Inventor
А.Н. Тарасов
А.В. Захаров
Original Assignee
Опытное конструкторское бюро "Факел"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Опытное конструкторское бюро "Факел" filed Critical Опытное конструкторское бюро "Факел"
Priority to RU95100400A priority Critical patent/RU2092611C1/en
Publication of RU95100400A publication Critical patent/RU95100400A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2092611C1 publication Critical patent/RU2092611C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: invention focuses on strengthening system thermal treatment and depositing ceramic materials onto cutting tool that may be of use in production of refractory material products, as well as in instrumentation engineering when treating laminated plastics, in radioelectronics, and in mechanical engineering. According to invention, on cutting surfaces of tool made of hard alloys and titanium alloys, titanium carbonitride layer is applied using vacuum treatment at 840-950 C for 1-2 h in carbon-enriched atmosphere with subsequent deposition of 100-400-mcm ceramic alumina layer onto primarily applied underlayer followed by fusion by means of electron beam or protected laser. Offered technology is feasible in small-scale production enterprises and makes it possible to 2-3 times increase wear-resistant of tool when working with fiber-glass plastics and hot-pressed ceramics. EFFECT: increased wear resistance of cutting tools. 10 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к комплексному упрочнению режущего инструмента химико-термической обработкой и напылением плазменным и газотермическим методом износостойких покрытий на режущие пластины, вставки и паяные резцы. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to complex hardening of a cutting tool by chemical-thermal treatment and spraying with plasma and gas-thermal method of wear-resistant coatings on cutting inserts, inserts and soldered cutters.

Известен способ напыления твердосплавного режущего инструмента несколькими интерметаллическими соединениями и окисью алюминия различных модификаций (патент США N 1 408536, 16.01.91 г. аналог). A known method of spraying carbide cutting tools with several intermetallic compounds and aluminum oxide of various modifications (US patent N 1 408536, 01/16/91 analogue).

Способ имеет ограниченное применение, трудоемок, не исключает отслаивания применительно к инструментам малых сечений, велика хрупкость, недостаточна износостойкость режущих кромок. The method has limited use, time-consuming, does not exclude peeling in relation to tools of small sections, great brittleness, insufficient wear resistance of the cutting edges.

Другой известный способ нанесения многослойных покрытий на твердосплавный инструмент (Патент России N 2.010.882 аналог) через подслой карбида титана, наносимого плазменным напылением, на которое напыляется Al2O3 двух модификаций, имеет аналогичные недостатки и для паяного инструмента не обеспечивает достаточной износостойкости даже при резании неметаллических материалов. Подобные недостатки двух выше описанных способов присущих технологии упрочнения инструмента напылением окиси алюминия присущи способу по (ЕВП N 0408 535 от 19.01.90 г.).Another well-known method for applying multilayer coatings to carbide tools (Russian Patent N 2.010.882 analogue) through a sub-layer of titanium carbide deposited by plasma spraying on which two modifications Al 2 O 3 is sprayed has similar disadvantages and does not provide sufficient wear resistance for a brazed tool even with cutting non-metallic materials. Similar disadvantages of the two methods described above inherent in the technology of hardening tools by spraying aluminum oxide are inherent in the method according to (EPP N 0408 535 from 01/19/90).

Наиболее близким заявляемому является способ обработки инструмента для обработки органических материалов, предусматривающий формирование твердого подслоя и последующее напыление керамики с термообработкой и формированием промежуточных слоев (ЕВП N 0 430 872.-05.06.91 прототип). Closest to the claimed is a method of processing a tool for processing organic materials, comprising the formation of a solid sublayer and subsequent spraying of ceramics with heat treatment and the formation of intermediate layers (ЕВП N 0 430 872.-05.06.91 prototype).

Недостатками способа является неуниверсальность, нестабильная твердость, пористость слоев, низкая адгезия к основному металлу первого подслоя, как следствие вышесказанного низкая износостойкость при резании слоистых пластиков и керамики. The disadvantages of the method are non-universality, unstable hardness, porosity of the layers, low adhesion to the base metal of the first sublayer, as a consequence of the above, low wear resistance when cutting laminated plastics and ceramics.

Цель изобретения повышение износостойкости и прочности при улучшении технологичности и сокращении трудоемкости обработки. The purpose of the invention is the increase of wear resistance and strength while improving manufacturability and reducing the complexity of processing.

Для достижения поставленной цели предусматривается создание на режущих поверхностях инструмента вначале подслоя, когерентно связанного с основным металлом, путем проведения вакуумной химико-термической обработки, а затем напыление слоя окиси алюминия с последующей зонной термической обработкой высококонцентрированными источниками энергии. To achieve this goal, it is planned to create a sublayer on the cutting surfaces of the tool, which is coherently bonded to the base metal, by conducting vacuum chemical-thermal treatment, and then spraying a layer of aluminum oxide with subsequent zone heat treatment by highly concentrated energy sources.

Сущность процессов, позволяющих повысить физико-механические характеристики многослойного покрытия, состоит в том, что при диффузионном карбонитрировании подслой насыщается углеродом и азотом, избыточные карбонитриды увеличивают его твердость. Одновременно он прочно связан с основой, не отслаивается, как в известных способах, является высокопрочной подложкой для керамического слоя. The essence of the processes that make it possible to increase the physicomechanical characteristics of a multilayer coating is that during diffusion carbonitriding, the sublayer is saturated with carbon and nitrogen, and excess carbonitrides increase its hardness. At the same time, it is firmly bound to the base, does not peel off, as in the known methods, is a high-strength substrate for the ceramic layer.

Напыленная керамика Al2O3 имеет высокую твердость, но при этом пориста и неоднородна, лишь последующим зонным оплавлением электронным лучом или лазером с защитой инертным газом удается образовать алундовые модификации, по прочности и микротвердости соизмеримые с алмазом. В результате режущие грани приобретают весьма высокую твердость при лучшей прочности связи керамического слоя с основой, что существенно повышает эксплуатационные свойства инструмента при резании стеклотекстолитов, органических материалов и тонкостенных изделий из керамики.The deposited Al 2 O 3 ceramics has high hardness, but is porous and heterogeneous, only by subsequent zone fusion with an electron beam or laser with inert gas protection it is possible to form alund modifications, comparable in strength and microhardness to diamond. As a result, the cutting faces acquire very high hardness with the best bond strength between the ceramic layer and the base, which significantly increases the operational properties of the tool when cutting fiberglass, organic materials and thin-walled ceramic products.

Практически способ осуществлен при изготовлении режущих элементов и вставок для оснащения резцов, при изготовлении паяных расточных резцов с режущей частью из титановых сплавов ВТ-23, ВТ-14, а также из твердых сплавов ВК-60М и ТКН-20. The method was practically implemented in the manufacture of cutting elements and inserts for equipping cutters, in the manufacture of soldered boring cutters with a cutting part from VT-23, VT-14 titanium alloys, as well as from VK-60M and TKN-20 hard alloys.

На чертеже приведены резцы проходные после обработки по предложенному способу после напыления Al2O3 и после ЭЛУ оплавления слоя керамики.The drawing shows the cutters passing after processing according to the proposed method after deposition of Al 2 O 3 and after ELU fusion of the ceramic layer.

Пример 1. Резцы, пригодные для обработки заготовок керамики горячепрессованной БГП, содержащей нитрид бора и двуокись кремния в равных количествах обрабатывали по разработанной технологии. Example 1. Cutters suitable for processing ceramic billets of hot-pressed BHP containing boron nitride and silicon dioxide in equal amounts were processed according to the developed technology.

В начале к державкам из стали 4Х5МФС припаивали пластины из титанового сплава ВТ-23 и после заточки до заданной геометрии проводили вакуумное карбонитрирование при температуре 880oC в течение 2 ч в атмосфере пиролиза моноэтаноламина при вакууме 120 мм.рт.ст.In the beginning, VT-23 titanium alloy plates were soldered to holders made of 4X5MFS steel and, after sharpening to the specified geometry, vacuum carbonitriding was carried out at a temperature of 880 ° C for 2 hours in a pyrolysis atmosphere of monoethanolamine under a vacuum of 120 mm Hg.

Затем после лхлаждения и опескоструивания напылили на установке УПН через подслой интерметаллида титан-алюминий 10 мкм керамический слой окиси алюминия толщиной 200 мкм. Оплавление по передней режущей грани вели на установке электронно-лучевой сварки ЭЛУ-5 с прогревом на всю толщину слоя. Then, after cooling and sandblasting, a ceramic layer of aluminum oxide with a thickness of 200 μm was sprayed on a UPN installation through a sublayer of titanium-aluminum intermetallic 10 μm. Reflowing along the front cutting edge was carried out on an ELU-5 electron-beam welding unit with heating over the entire thickness of the layer.

В процессе оплавления исходный керамический слой, состоявший из модификаций γ Al2O3 и a Al2O3, содержащая 98%-вес корунда, микротвердость поверхности повысилась до H0,49 1830-1840, класс чистоты поверхности повысился до Pа 1,15 мкм, практически исключена пористость, достигнута высокая гомогенность корунда.During the reflow process, the initial ceramic layer, consisting of modifications γ Al 2 O 3 and a Al 2 O 3 containing 98% weight of corundum, the surface microhardness increased to H 0.49 1830-1840, the surface cleanliness class increased to P a 1, 15 microns, porosity is practically excluded, high homogeneity of corundum is achieved.

Повысилась прочность связи с основой, одновременно прочность корпуса достигла 1450 1490 МПа, инструмент имел износостойкость в 2 раза более высокую, чем стандартизованный с режущей частью из керамики нитрид кремния. The bond strength with the base increased, at the same time, the body strength reached 1450 1490 MPa, the tool had a wear resistance 2 times higher than that of silicon nitride standardized with a ceramic cutting part.

Пример 2. Сверла твердосплавные из сплава ВК-60М диаметром 1,2 мм для сверления отверстий в платах из стеклотекстолита СТЭФ обрабатывали по предложенному способу. Example 2. Carbide drills from VK-60M alloy with a diameter of 1.2 mm for drilling holes in boards made of fiberglass STEF were processed according to the proposed method.

Вакуумную диффузионную обработку проводили при температуре 960oC в течение 1 ч в засыпке из графита чешуйчатого и трилона-Б 0,5% вес. Затем напыляли окись алюминия-электрокорунд белый плазменным напылением слоем 400 мкм, последующее оплавление проводили на лазерной установке "Квант-16" с надувом аргоном, ширина оплавленной окантовки составляла 0,3 0,4 мм с перекрытием пятна 50%
Обработка позволила создать на режущих кромках износостойкий слой, прочно связанный с основным металлом, микротвердость достигла H0,49 1850, класс чистоты не хуже Pа 0,80 мкм, доводка супералмазным кругом проводилась дважды.Vacuum diffusion treatment was carried out at a temperature of 960 o C for 1 h in a bed of graphite flake and Trilon-B 0.5% weight. Then, aluminum oxide-white oxide was sprayed with white plasma spraying a layer of 400 μm, subsequent melting was carried out on a Kvant-16 laser unit with argon injection, the width of the fused edging was 0.3 0.4 mm with a spot overlap of 50%
The treatment made it possible to create a wear-resistant layer on the cutting edges that is firmly bonded to the base metal, the microhardness reached H 0.49 1850, the purity class was no worse than P and 0.80 μm, and the super-diamond wheel was refined twice.

При сокращении трудоемкости упрочняющей обработки в сравнении с известным способом в 1,2 раза число обработанных отверстий повысилось до 2730 в сравнении с 1420 в известном способе обработки, исключено выкрашивание режущих кромок. When reducing the complexity of hardening processing in comparison with the known method by 1.2 times, the number of machined holes increased to 2730 in comparison with 1420 in the known processing method, cutting edges are excluded.

Пример 3. Резцовые вставки сборных резцов расточки тонкостенных изоляторов из керамики боросил, изготовленные из безвольфрамового твердого сплава ТКН-20, подвергали вакуумному науглероживанию в атмосфере пиролиза анилина и триэтаноламина при температуре 840oC в течение 1,5 ч, а затем напыляли через подслой интерметаллида титан-никель толщиной 5 мкм окисью алюминия Al2O3 толщиной слоя 100 мкм. Далее проводили вакуумное оплавление по контуру режущей кромки шириной 1,2 мм напыленной окиси алюминия, нагрев вели в вакууме 10-4 мм.рт.ст. при мощности луча 5 кВт, удельной мощности 107 Вт/см2 и длительности импульсов 10-6 с.Example 3. Cutting inserts of prefabricated boring tools of borosil ceramic thin-walled insulators made of TKN-20 tungsten-free carbide were vacuum carburized in an atmosphere of pyrolysis of aniline and triethanolamine at a temperature of 840 ° C for 1.5 hours, and then sprayed through an interlayer of intermetallic titanium-nickel with a thickness of 5 μm aluminum oxide Al 2 O 3 a layer thickness of 100 μm. Next, vacuum melting was carried out along the contour of the cutting edge with a width of 1.2 mm of the deposited alumina, heating was carried out in a vacuum of 10 -4 mm Hg. with a beam power of 5 kW, specific power of 10 7 W / cm 2 and a pulse duration of 10 -6 s.

В результате обработки получен гомогенный состав электрокорунда на режущей кромке с высокой микротвердостью и прочностью соединения 250 380 МПа. В сравнении с аналогами трудоемкость обработки сократилась на 40 50% удельные затраты на подготовку, электроэнергию и обработку сократились в 1,3 раза. As a result of processing, a homogeneous composition of electrocorundum was obtained on the cutting edge with high microhardness and bond strength 250 380 MPa. In comparison with analogs, the complexity of processing was reduced by 40–50%; the unit costs of preparation, electricity, and processing were reduced by 1.3 times.

Класс чистоты поверхности режущих граней был не хуже Pа 1,2 мкм, а чистоты обрабатываемых керамических тонкостенных камер-изоляторов стационарных плазменных двигателей повысился до 3,5-4 мкм. Износостойкость инструмента была 840-910 мин или вдвое выше, чем при обработке по известному способу.The class of surface cleanliness of the cutting faces was no worse than P a 1.2 microns, and the purity of the processed ceramic thin-walled chamber-insulators of stationary plasma engines increased to 3.5-4 microns. The wear resistance of the tool was 840-910 min or twice as high as when processing by a known method.

Claims (9)

1. Способ обработки режущего инструмента для обработки органических материалов и керамики, включающий формирование на режущих гранях инструмента слоя окиси алюминия путем плазменного напыления и последующее формирование износостойкого слоя, отличающийся тем, что предварительно перед формированием слоя окиси алюминия формируют карбонитридный слой путем химико-термической обработки в вакууме при 840 950oС в течение 1 2 ч, слой окиси алюминия формируют толщиной 100 400 мкм, а износостойкий слой формируют путем вакуумного оплавления режущих граней высокоэнергетическим источником энергии.1. A method of processing a cutting tool for processing organic materials and ceramics, comprising forming an alumina layer on the cutting edges of the tool by plasma spraying and then forming a wear-resistant layer, characterized in that prior to forming the alumina layer, a carbonitride layer is formed by chemical-thermal treatment in vacuum at 840 950 o C for 1 2 hours, the alumina layer is formed with a thickness of 100 400 microns, and a wear-resistant layer is formed by vacuum fusion of cutting gr any high-energy source of energy. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокоэнергетического источника энергии используют луч, лазер или ионный пучок. 2. The method according to claim 1, characterized in that a beam, a laser or an ion beam are used as a high-energy source of energy. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонитридный слой формируют на режущей части, выполненной из твердых вольфрамо- и титанокобальтовых сплавов. 3. The method according to claim 1, characterized in that the carbonitride layer is formed on a cutting part made of hard tungsten and titanium cobalt alloys. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонитридный слой формируют на режущей части, выполненной из безвольфрамовых титаносодержащих твердых сплавов. 4. The method according to claim 1, characterized in that the carbonitride layer is formed on a cutting part made of tungsten-free titanium-containing hard alloys. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонитридный слой формируют на режущей части, выполненной из закаливающихся титановых сплавов. 5. The method according to claim 1, characterized in that the carbonitride layer is formed on a cutting part made of quenched titanium alloys. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбонитридный слой формируют в атмосфере пиролиза этаноламинов. 6. The method according to claim 1, characterized in that the carbonitride layer is formed in an atmosphere of ethanolamine pyrolysis. 7. Способ по п.1, отличающийся тем. что карбонитридный слой формируют в засыпке, содержащий графит и трилон Б. 7. The method according to claim 1, characterized in that. that the carbonitride layer is formed in a bed containing graphite and trilon B. 8. Способ по п.1. отличающийся тем, что напыление Al2O3 ведут через подслой интерметаллидов титан никель или титан алюминий толщиной 5 10 мкм.8. The method according to claim 1. characterized in that the Al 2 O 3 sputtering is conducted through a sublayer of intermetallic compounds titanium nickel or titanium aluminum with a thickness of 5 10 μm. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что вакуумное оплавление проводят по контуру режущей кромки непрерывно последовательным способом на ширину 0,2 - 2,0 мм
10. Способ по п.2, отличающийся тем, что лазерную обработку проводят с подачей инертного газа.9. The method according to claim 1, characterized in that the vacuum melting is carried out along the contour of the cutting edge continuously in a sequential manner to a width of 0.2 - 2.0 mm
10. The method according to claim 2, characterized in that the laser treatment is carried out with the supply of inert gas.
RU95100400A 1995-01-11 1995-01-11 Method of treating cutting tools for organic materials and ceramics RU2092611C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95100400A RU2092611C1 (en) 1995-01-11 1995-01-11 Method of treating cutting tools for organic materials and ceramics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95100400A RU2092611C1 (en) 1995-01-11 1995-01-11 Method of treating cutting tools for organic materials and ceramics

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95100400A RU95100400A (en) 1996-11-10
RU2092611C1 true RU2092611C1 (en) 1997-10-10

Family

ID=20163907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95100400A RU2092611C1 (en) 1995-01-11 1995-01-11 Method of treating cutting tools for organic materials and ceramics

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2092611C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2470090C1 (en) * 2011-04-07 2012-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Method of applying titanium carbide-based coats on titanium alloys
US8404366B2 (en) 2007-01-02 2013-03-26 Taegutec, Ltd. Surface treating method for cutting tools
RU2492277C2 (en) * 2005-11-17 2013-09-10 Белерит Гмбх Энд Ко. Кг. Method of coat application on tool part, coat with at least one layer of carbonitride, cutting tool and cutting insert for it with said coat
RU2635145C1 (en) * 2016-09-28 2017-11-09 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of metal preservation
RU2705819C2 (en) * 2017-12-27 2019-11-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method of forming intermetallic coatings of system ti-al on surfaces from aluminum alloys

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EP, 0430872, кл. C 23 C 14/32, 1991. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492277C2 (en) * 2005-11-17 2013-09-10 Белерит Гмбх Энд Ко. Кг. Method of coat application on tool part, coat with at least one layer of carbonitride, cutting tool and cutting insert for it with said coat
US8404366B2 (en) 2007-01-02 2013-03-26 Taegutec, Ltd. Surface treating method for cutting tools
RU2470090C1 (en) * 2011-04-07 2012-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Method of applying titanium carbide-based coats on titanium alloys
RU2635145C1 (en) * 2016-09-28 2017-11-09 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of metal preservation
RU2705819C2 (en) * 2017-12-27 2019-11-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method of forming intermetallic coatings of system ti-al on surfaces from aluminum alloys

Also Published As

Publication number Publication date
RU95100400A (en) 1996-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0006534B1 (en) Wear-resistant article of hard metal
US4766349A (en) Arc electrode
JP3386484B2 (en) Coated high wear resistant tools and methods of physically coating high wear resistant tools
US9108276B2 (en) Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications
US5693417A (en) Vacuum-coated compound body and process for its production
US9982332B2 (en) Hardface coating systems and methods for metal alloys and other materials for wear and corrosion resistant applications
KR20080110960A (en) Method of using a thermal plasma to produce a functionally graded composite surface layer on metals
RU97108626A (en) METHOD OF FORMING A CARBON DIAMOND-LIKE COATING IN A VACUUM
Cherukuri et al. Pulsed laser deposition of AlMgB14 on carbide inserts for metal cutting
RU2409703C1 (en) Procedure for vacuum application of coating on items out of electric conducting materials and dielectrics
RU2370570C1 (en) Method of ion-plasma treatment of steel and hard alloy parts
RU2092611C1 (en) Method of treating cutting tools for organic materials and ceramics
RU2694857C1 (en) Method of applying wear-resistant coating by ion-plasma method
RU2349432C2 (en) Cyanidation method of steel or titanic products
KR100920725B1 (en) Thin film deposition apparatus, thin film deposition process and coated tool thereof
JPS61195971A (en) Formation of wear resisting film
JP2005008942A (en) Surface treatment method
CN101605923A (en) Surface treatment method to cutting element
RU2634400C1 (en) Method of ion nitriding of cutting tool made of alloyed steel
JPH07300665A (en) Method for forming boron cementation layer and boron film on metallic base material
RU2167216C1 (en) Process of hardening of hard-alloy cutting tool
JPS61113757A (en) Treatment of film of different metals formed on surface of metallic substrate with laser
RU2789642C1 (en) Carbide insert chemical heat treatment method
RU2797563C1 (en) Method for vacuum deposition of layered coatings by a combination of methods of electro-spark alloying and cathode-arc evaporation and a device for its implementation (options)
Celis et al. Potential of photon and particle beams for surface treatment of thin ceramic coatings