RU2173241C2 - Пластина режущего инструмента и способ ее изготовления - Google Patents
Пластина режущего инструмента и способ ее изготовленияInfo
- Publication number
- RU2173241C2 RU2173241C2 RU98109938A RU98109938A RU2173241C2 RU 2173241 C2 RU2173241 C2 RU 2173241C2 RU 98109938 A RU98109938 A RU 98109938A RU 98109938 A RU98109938 A RU 98109938A RU 2173241 C2 RU2173241 C2 RU 2173241C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- cutting tool
- tool plate
- carbonitride
- metal
- Prior art date
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 58
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 57
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 claims abstract description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 26
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 13
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N al2o3 Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 7
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N Tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N methane;titanium Chemical compound C.[Ti] TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910039444 MoC Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910013379 TaC Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910026551 ZrC Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WHJFNYXPKGDKBB-UHFFFAOYSA-N hafnium;methane Chemical compound C.[Hf] WHJFNYXPKGDKBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- UGHSGZIDZZRZKT-UHFFFAOYSA-N methane;zirconium Chemical compound C.[Zr] UGHSGZIDZZRZKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 2
- 230000000737 periodic Effects 0.000 claims 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 abstract description 2
- TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N nitride(3-) Chemical compound [N-3] TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 abstract 2
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 abstract 2
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N Cyanogen Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- -1 nitrogen-carbon Chemical compound 0.000 abstract 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K Aluminium chloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 3
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- 229910034327 TiC Inorganic materials 0.000 description 2
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001123248 Arma Species 0.000 description 1
- 229910001060 Gray iron Inorganic materials 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N HCl Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N Hafnium Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000954 Medium-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J Titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- GORXZVFEOLUTMI-UHFFFAOYSA-N methane;vanadium Chemical compound C.[V] GORXZVFEOLUTMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 1
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к режущим инструментам, применяемым при токарной обработке, фрезеровании, сверлении и др. Пластина режущего инструмента содержит подложку из твердого металла с, по меньшей мере, двумя износостойкими покрытиями, в том числе наружным керамическим покрытием, при этом покрытие, находящееся под керамическим покрытием, выполнено из карбонитрида металла с атомным отношением азота к углероду, составляющим около 0,7 - 0,95, а карбонитрид металла образует выступы, обращенные в керамическое покрытие, улучшающие сцепление и усталостную прочность керамического покрытия. Способ изготовления пластины режущего инструмента включает нанесение покрытия из нитрида титана, покрытия из карбонитрида металла и керамического покрытия путем химического осаждения из пара, при этом реагенты во время химического осаждения из пара карбонитридного слоя подают при условии получения атомного отношения азота и углерода в пределах около 0,75 - 0,95, при котором карбонитридный слой образует выступы, повышающие сцепление керамического покрытия, осаждаемого на карбонитридный слой. Изобретение обеспечивает повышенную износостойкость и прочность сцепления керамических покрытий с режущим инструментом из твердого металла. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 табл.
Description
Изобретение относится к области режущих инструментов и в особенности к покрытиям для снабженных керамическим покрытием пластин режущего инструмента из твердого металла, применяемых при токарной обработке, фрезеровании, сверлении и в других сферах применения, таких как растачивание, кольцевое сверление, нарезка резьбы и проточка пазов.
Покрытия улучшают рабочие характеристики режущих инструментов, что в особенности относится к керамическим или оксидным покрытиям, нанесенным на режущие инструменты из карбида или твердого металла. C тех пор как на карбидные пластины режущих инструментов стали наносить керамическое покрытие, например оксид алюминия (Al2O3), продолжаются усилия по улучшению сцепления покрытия с подложкой. Когда первое покрытие из оксида алюминия было нанесено непосредственно на подложку из карбида или твердого металла, кислород оксида алюминия вступил в реакцию с подложкой, что привело к ухудшению сцепления.
Известен способ улучшения рабочих характеристик инструментальных пластин, изготовленных из подложки из спеченного твердого металла (металлический карбид, связанный связующим металлом), путем нанесения износостойкого карбидного слоя. См. патенты Великобритании N N 1291387 и 1291388, в которых представлены способы нанесения карбидного покрытия с улучшенным сцеплением, в частности, за счет управления горением газа, применяемого для осаждения карбида, таким образом, чтобы в спеченном твердом металле на поверхности раздела с износостойким карбидом образовалась обезуглероженная зона. Однако обезуглероженная зона, известная как эта-слой, имеет тенденцию к упрочнению и охрупчиванию, что влечет за собой разрушение. Известно также нанесение керамического или оксидного износостойкого покрытия (обычно оксида алюминия) на спеченную металлическую подложку. Однако, как уже было сказано выше, оксидный слой, нанесенный непосредственно на спеченное металлическое изделие, может нарушить морфологию спеченного металла и его связующую способность. В ряде патентов описано использование промежуточного слоя из карбидов, карбонитридов и/или нитридов. См. патенты США N N 4399168 и 4619866. Промежуточный слой из карбида титана (TiN) способствует повышению вязкости, однако при сохранении эта-слоя, ограничивается применение инструментальных пластин с покрытиями для чистовых проходов. Слой нитрида титана (TiN), нанесенный перед слоем TiС, устраняет эта-слой, однако вязкость все равно остается меньше требуемой. См. патент США N 4497874. Предлагаются промежуточные слои карбонитрида титана (TiCN) вместо промежуточного слоя Tic. См. патенты США N N 4619866 и 4399168. Предлагают тонкий поверхностный окисленный связующий слой, который содержит карбид или оксикарбид титана, ниобия или ванадия, помещенный между подложкой из твердого металла и наружным оксидным износостойким слоем. См. патент США N 4490191.
Керамическое покрытие (Al2O3) не обладает достаточным сцеплением с TiC и многочисленными промежуточными слоями TiCN при использовании их для улучшения адгезии покрытия с цементированной карбидной подложкой. Из-за различий в тепловом расширении существует тенденция к расслаиванию. При напряжении, возникающем из-за различий в тепловом расширении, покрытие ведет себя непоследовательно. Эти промежуточные покрытия характеризуются в большинстве случаев наличием прямолинейной поверхности раздела между промежуточным покрытием и оксидным покрытием, показанными на фиг. 1. Это ведет к слабому сцеплению. Адгезию можно несколько повысить за счет создания неровной поверхности подложки, однако выступы, полученные в результате огрубления, разнесены между собой на слишком большое расстояние, чтобы обеспечить равномерность действия.
С помощью покрытий, являющихся предметом настоящего изобретения, обеспечивается повышенная износостойкость и прочность сцепления керамических покрытий с режущим инструментом из твердого металла.
Вкратце, согласно настоящему изобретению, предлагается пластина режущего инструмента, включающая подложку из твердого металла с по меньшей мере двумя износостойкими покрытиями. Одно из покрытий является керамическим покрытием. Промежуточное покрытие под керамическим покрытием состоит из карбонитрида с атомным отношением азота к углероду в пределах от около 0,7 до около 0,95, в результате чего карбонитридное покрытие образует выступы, обращенные в керамическое покрытие и, таким образом, улучшающие сцепление и усталостную прочность керамического покрытия. Предпочтительно атомное отношение азота к углероду находится в пределах от около 0,7 до около 0,95, что показано рентгеноструктурным анализом.
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения, пластина режущего инструмента из твердого металла имеет два промежуточных покрытия между подложкой из твердого металла и поверхностным покрытием из оксида алюминия. Покрытием, прилегающим к подложке, является слой нитрида титана толщиной от 1 до 4 мкм. Покрытием, нанесенным на слой нитрида титана, является слой карбонитрида титана толщиной от 2 до 4 мкм, а толщина покрытия из оксида алюминия составляет от 1 до 10 мкм.
Согласно предпочтительному варианту реализации, на подложку из твердого металла пластины режущего инструмента наносят следующие четыре покрытия: внутреннее покрытие из нитрида титана толщиной 2 мкм, промежуточное покрытие из карбонитрида титана толщиной 3 мкм, промежуточное покрытие из оксида алюминия толщиной 6 мкм и наружное покрытие из Ti(C,N), т.е. Tic, TiN, TicxNy толщиной 2 мкм.
Титан не является единственным металлом, подходящим для использования в карбонитридном покрытии. Металл может быть представлен, в дополнение к титану, цирконием, гафнием, ванадием, ниобием, танталом, хромом, молибденом и вольфрамом.
Подложка пластины режущего инструмента, согласно настоящему изобретению, обычно содержит от 3 до 30% связующего металла из группы железа, включающей в себя, кроме железа, никель и кобальт и их смеси, и от 70 до 97% карбида, выбранного из группы, включающей в себя карбид вольфрама, карбид титана, карбид тантала, карбид ниобия, карбид молибдена, карбид циркония и карбид гафния. В дополнение к карбидам, подложка пластины режущего инструмента может также содержать нитриды.
Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения подложка пластины режущего инструмента включает в себя обогащенный связующей фазой поверхностный слой с более высоким содержанием кобальта или другого связующего металла.
Вкратце, согласно настоящему изобретению, предлагается способ изготовления пластины режущего инструмента с износостойким покрытием, включающий операции нанесения покрытия из карбонитрида металла с атомным отношением азота к углероду в пределах от приблизительно 0,7 до приблизительно 0,95 путем регулирования реагентов, применяемых для химического осаждения из пара указанного покрытия и осаждения керамического покрытия непосредственно на указанное карбонитридное покрытие, причем указанное карбонитридное покрытие и керамическое покрытие имеют взаимозамыкающиеся микроскопические выступы.
Другие особенности и иные цели и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего детального описания, выполненного со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 показана микрофотография сечения полированной пластины режущего инструмента из твердого металла, имеющего оксидное покрытие и промежуточное покрытие, согласно прежним техническим решениям; и
на фиг. 2-4 показаны микрофотографии сечений полированных пластин режущего инструмента из твердого металла, согласно настоящему изобретению, имеющих промежуточное покрытие и оксидное покрытие.
на фиг. 1 показана микрофотография сечения полированной пластины режущего инструмента из твердого металла, имеющего оксидное покрытие и промежуточное покрытие, согласно прежним техническим решениям; и
на фиг. 2-4 показаны микрофотографии сечений полированных пластин режущего инструмента из твердого металла, согласно настоящему изобретению, имеющих промежуточное покрытие и оксидное покрытие.
Согласно настоящему изобретению, режущие инструменты из твердого металла с керамическим или оксидным износостойким покрытием имеют новое армирующее промежуточное покрытие. Подложка из твердого металла имеет тонкое покрытие из нитрида металла с нанесенным покрытием из карбонитрида титана. Износостойкое керамическое покрытие нанесено на покрытие из карбонитрида металла. Промежуточный слой карбонитрида металла обладает атомным отношением азота к углероду, обеспечивающим лучшее сцепление оксидного покрытия за счет образования взаимозамыкающихся выступов между оксидным покрытием и покрытием из карбонитрида металла.
Был разработан тест для количественной оценки рабочих характеристик пластин режущего инструмента из твердого металла с керамическим покрытием. Тест выполняется на токарном станке. В качестве заготовки используют цилиндрический стержень, диаметр которого превышает 102 мм. Стержень имеет четыре аксиальных паза шириной 19 мм и глубиной 38 мм, простирающихся на всю длину стержня. Стержень изготовлен из среднеуглеродистой стали AISI-SAE 1045, обладающей твердостью C по шкале Роквелла, равной 25-30. Подвергаемый испытаниям инструмент используют для уменьшения диаметра заготовки следующим образом: скорость подачи, оборот/мм, 0,5; глубина резания, мм, 1,27; скорость поверхностная, м/мин, 152,4.
Очевидно, что при каждом обороте заготовки пластина режущего инструмента четыре раза ударяется о край паза. Пластину режущего инструмента используют до тех пор, пока не будет обнаружен прорыв покрытия или иное разрушение. Разрушения наблюдались в следующем описанном ниже тесте, в котором фреттинг-коррозия является предшественником более сильного износа и потери способности к резанию.
В следующих примерах атомное отношение азота к углероду в промежуточном слое или покрытии из карбонитрида титана определяли с помощью рентгеноструктурного анализа, определяя сначала период решетки карбонитридного слоя, и рассчитывая затем атомное отношение азота к углероду или атомную концентрацию азота на основе азота и углерода. Известно, что период решетки карбида титана составляет 
а период решетки нитрида титана составляет 
Разница составляет 
Таким образом, период решетки слоя карбонитрида титана, равный, как обнаружено, 
равен 
между периодом нитрида титана и карбида титана. Отсюда атомное отношение азота к углероду равно 0,0227, деленному на 0,03, или 75,7% азота от общего содержания углерода и азота в карбонитридном слое.
Пример 1
Сравнительный пример
На подложку на основе карбида вольфрама (94% карбида вольфрама, 6% кобальта) материала K20 (K20 является обозначением типа твердого режущего материала для механической обработки, согласно стандарту МОС 130513:1991 (Е), классифицированного согласно материалам и рабочим условиям, в которых может быть удачно использован режущий материал из твердого металла), нанесли покрытие, согласно хорошо известным процедурам в печи для нанесения покрытий Bernex Programmat 250. Процесс нанесения покрытий, известный как химическое осаждение из пара (CVD), использовали при пропускании газов и жидкостей (превращенных в газ) над подложками, на которые наносилось покрытие, при температуре от 800 до 1100oC и пониженном давлении от 50 до 900 мбар. Реакции, использовавшиеся для нанесения покрытия на подложку из твердого металла, были следующими:
Осаждение из пара TiN - используются H2 + N2 + Тетрахлорид титана (TiCl4).
Сравнительный пример
На подложку на основе карбида вольфрама (94% карбида вольфрама, 6% кобальта) материала K20 (K20 является обозначением типа твердого режущего материала для механической обработки, согласно стандарту МОС 130513:1991 (Е), классифицированного согласно материалам и рабочим условиям, в которых может быть удачно использован режущий материал из твердого металла), нанесли покрытие, согласно хорошо известным процедурам в печи для нанесения покрытий Bernex Programmat 250. Процесс нанесения покрытий, известный как химическое осаждение из пара (CVD), использовали при пропускании газов и жидкостей (превращенных в газ) над подложками, на которые наносилось покрытие, при температуре от 800 до 1100oC и пониженном давлении от 50 до 900 мбар. Реакции, использовавшиеся для нанесения покрытия на подложку из твердого металла, были следующими:
Осаждение из пара TiN - используются H2 + N2 + Тетрахлорид титана (TiCl4).
Осаждение из пара TiCN - используются H2 + N2 + Ацетонитрил (CH3CN) или CH4.
Осаждение из пара Al2O3 - используются H2 + HCl + Хлорид алюминия (AlCl3) + CO2 + H2S.
Периоды нанесения покрытия и состав атмосферы, применявшиеся при нанесении слоя нитрида титана, слоя карбонитрида титана и оксидного слоя приведены в таблицах I, II и III. Газовые реагенты, продукция генератора Al2O3 и жидкие реагенты подаются в печь.
Рентгеноструктурный анализ слоя из карбонитрида титана продемонстрировал шаг решетки, равный 
который, исходя из анализа, описанного выше, представляет атомное отношение азота к углероду, равное 14:30, или содержание азота, составляющее 46,7% от общего содержания углерода и азота в слое карбонитрида. Инструмент с нанесенным покрытием, полученным согласно настоящему примеру, подвергли описанному выше тесту механической обработки. Всего через 14,5 сек появились признаки фреттинга.
На фиг. 1 показана микрофотография полированного сечения, демонстрирующая слои или покрытия, нанесенные на подложку. Отметим, что поверхность раздела между карбонитридом титана и слоем оксида является почти прямой линией, т.е. в ней отсутствуют взаимозацепляющие пальцы.
Пример II
Покрытие согласно настоящему изобретению было выполнено на подложке на основе карбида вольфрама в печи для нанесения покрытий, описанной выше, с периодами нанесения покрытия и химическим составом атмосферы, показанными в табл. IV, V и VI.
Покрытие согласно настоящему изобретению было выполнено на подложке на основе карбида вольфрама в печи для нанесения покрытий, описанной выше, с периодами нанесения покрытия и химическим составом атмосферы, показанными в табл. IV, V и VI.
В табл. IV, V и VI, в дополнение к периодам нанесения покрытия, давлению и температуре реакции показаны соотношения газообразных реагентов, реагентов генератора хлорида алюминия и жидких реагентов. Газообразные реагенты, поступающие в генератор хлорида алюминия, проходят над стружкой металлического алюминия, образуя определенное количество хлорида алюминия, поступающего в печь для нанесения покрытия.
Рентгеноструктурный анализ слоя из карбонитрида титана продемонстрировал шаг решетки, равный 
который, исходя из анализа, описанного выше, представляет атомное отношение азота к углероду, равное 23:30, или содержание азота, составляющее 75,7% от общего содержания углерода и азота в слое карбонитрида.
Пластину инструмента с покрытием подвергли описанному выше тесту механической обработки. В течение 180 сек тест на резание не продемонстрировал никаких признаков фреттинга. На фиг. 2 показана микрофотография полированного сечения, демонстрирующего слои покрытия на подложке. Микрофотография показывает выступы или анкеры слоя карбонитрида титана, проникающие в слой оксида и закрепляющие его на месте.
Пример III
Образец для примера III приготовили таким образом, как и для примера II, за исключением того, что содержание азота в печи для нанесения покрытий было ниже во время осаждения карбонитридного слоя. Шаг решетки в слое карбонитрида титана оказался равным
что представляет атомное отношение азота к углероду, равное 21:30, или содержание азота, равное 70%.
Образец для примера III приготовили таким образом, как и для примера II, за исключением того, что содержание азота в печи для нанесения покрытий было ниже во время осаждения карбонитридного слоя. Шаг решетки в слое карбонитрида титана оказался равным
При тесте на механическую обработку фреттинг был обнаружен только после выполнения прохода длиной 127 мм приблизительно через 40-50 сек. Микроструктура образца из примера III показана на фиг. 3. Анкеры между оксидным слоем и слоем карбонитрида титана наблюдаются, но являются очень незначительными.
Пример IV
Образец для примера IV приготовили таким же образом, как и для примера II, за исключением усиления потока азота. Шаг решетки в слое карбонитрида титана оказался равным
что представляет атомное отношение азота к углероду, равное 27:30, или содержание азота, равное 90%. При тесте на механическую обработку пластина инструмента не демонстрировала признаков фреттинга через 120 сек. Микроструктура образца из примера IV показана на фиг. 4 и демонстрирует заметные выступы или анкеры между слоем карбонитрида и слоем оксида.
Образец для примера IV приготовили таким же образом, как и для примера II, за исключением усиления потока азота. Шаг решетки в слое карбонитрида титана оказался равным
Пример V
В следующем примере пластины инструмента с покрытием, нанесенным согласно настоящему изобретению, были подвергнуты испытанию механической обработкой при следующих условиях резания. В качестве заготовки использовали серый литейный чугун 3000 с твердостью по Бринелю 200. Подвергнутые испытанию инструменты использовали для уменьшения диаметра заготовки следующим образом: скорость подачи на оборот, мм, 0,56; глубина резания, мм, 2,54; скорость, поверхностная, м/мин, 289,5.
В следующем примере пластины инструмента с покрытием, нанесенным согласно настоящему изобретению, были подвергнуты испытанию механической обработкой при следующих условиях резания. В качестве заготовки использовали серый литейный чугун 3000 с твердостью по Бринелю 200. Подвергнутые испытанию инструменты использовали для уменьшения диаметра заготовки следующим образом: скорость подачи на оборот, мм, 0,56; глубина резания, мм, 2,54; скорость, поверхностная, м/мин, 289,5.
Две стальных пластины, являющиеся предметом настоящего изобретения, пересекли каждую кромку 108 раз. Для сравнения, пластина инструмента с покрытием из оксида алюминия C-5 пересекла каждую кромку 50 раз. Пластина инструмента, являющаяся предметом настоящего изобретения, продемонстрировала улучшение на 100%.
Пример VI
В следующем примере в качестве заготовки использовали сталь ARMA с твердостью по Бринелю 250. Условия механической обработки были следующими: скорость подачи на оборот, мм, 0,25; глубина резания, мм, 2,54; скорость, поверхностная, м/мин, 365,7.
В следующем примере в качестве заготовки использовали сталь ARMA с твердостью по Бринелю 250. Условия механической обработки были следующими: скорость подачи на оборот, мм, 0,25; глубина резания, мм, 2,54; скорость, поверхностная, м/мин, 365,7.
Две стальных пластины, являющиеся предметом настоящего изобретения, пересекли каждую кромку 108 раз. Для сравнения, пластина инструмента с покрытием из оксида алюминия C-5 пересекла каждую кромку 85 раз. Пластины инструмента, являющиеся предметом настоящего изобретения, продемонстрировали улучшение на 100%.
Пластины инструмента, являющиеся предметом настоящего изобретения, пересекли каждую кромку 170 раз. Для сравнения, пластина инструмента с покрытием из оксида алюминия C-5 пересекла каждую кромку 85 раз. Пластины инструмента, являющиеся предметом настоящего изобретения, продемонстрировали улучшение на 100%.
Claims (10)
1. Пластина режущего инструмента содержит подложку из твердого металла с, по меньшей мере, двумя износостойкими покрытиями, в том числе наружным керамическим покрытием, отличающаяся тем, что покрытие, находящееся под керамическим покрытием, выполнено из карбонитрида металла с атомным отношением азота к углероду, составляющим около 0,7 - 0,95, при этом карбонитрид металла образует выступы, обращенные в керамическое покрытие, улучшающие сцепление и усталостную прочность керамического покрытия.
2. Пластина режущего инструмента по п.1, отличающаяся тем, что карбонитрид металла содержит азот 70 - 90% от суммарного содержания азота и углерода в слое карбонитрида металла.
3. Пластина режущего инструмента по п.1, отличающаяся тем, что карбонитрид металла в покрытии имеет атомное отношение азота к углероду 0,75 - 0,95.
4. Пластина режущего инструмента по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с покрытием из нитрида титана толщиной 1-4 мкм, покрытием из карбонитрида титана толщиной 2-4 мкм и наружным покрытием из оксида алюминия толщиной 1-10 мкм.
5. Пластина режущего инструмента по п.3, отличающаяся тем, что она выполнена с покрытием из нитрида титана толщиной 2 мкм, покрытием из карбонитрида титана толщиной 3 мкм, покрытием из оксида алюминия толщиной 6 мкм и наружным покрытием из Ti (С, N) толщиной 2 мкм.
6. Пластина режущего инструмента по п.1, отличающаяся тем, что карбонитрид покрытия содержит металл, выбранный из IVB, VB и VIB групп Периодической таблицы элементов.
7. Пластина режущего инструмента по п.6, отличающаяся тем, что подложка состоит из 3-30% связующего металла из группы железа и из приблизительно 70-97% карбида, выбранного из группы, содержащей карбид вольфрама, карбид титана, карбид тантала, карбид ниобия, карбид молибдена, карбид циркония и карбид гафния.
8. Пластина режущего инструмента по п.7, отличающаяся тем, что подложка может содержать нитриды, которые замещают часть карбидов.
9. Пластина режущего инструмента по п.6, отличающаяся тем, что поверхностный слой подложки обогащен связующим металлом.
10. Способ изготовления пластины режущего инструмента, включающий нанесение покрытия из нитрида титана, покрытия из карбонитрида металла и керамического покрытия путем химического осаждения из пара, отличающийся тем, что реагенты во время химического осаждения из пара карбонитридного слоя подают при условии получения атомного отношения азота и углерода в пределах около 0,75 - 0,95, при котором карбонитридный слой образует выступы, повышающие сцепление керамического покрытия, осаждаемого на карбонитридный слой.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US60/005,952 | 1995-10-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98109938A RU98109938A (ru) | 2000-02-20 |
| RU2173241C2 true RU2173241C2 (ru) | 2001-09-10 |
Family
ID=
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA010934B1 (ru) * | 2004-07-12 | 2008-12-30 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Хб | Режущая пластина и способ ее изготовления |
| RU2446231C2 (ru) * | 2006-06-22 | 2012-03-27 | Кеннаметал, Инк. | Система покрытия хпо, включающая материалы, содержащие оксид алюминия и/или титан, и способ ее получения |
| RU2449053C1 (ru) * | 2011-04-05 | 2012-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ нанесения износостойкого покрытия на титановые сплавы |
| RU2469819C2 (ru) * | 2007-06-28 | 2012-12-20 | Кеннаметал Инк. | Режущая вставка со структурой износостойкого покрытия с индикацией истирания и способ ее изготовления |
| US8459380B2 (en) | 2008-08-22 | 2013-06-11 | TDY Industries, LLC | Earth-boring bits and other parts including cemented carbide |
| US8512882B2 (en) | 2007-02-19 | 2013-08-20 | TDY Industries, LLC | Carbide cutting insert |
| RU2491368C2 (ru) * | 2008-03-12 | 2013-08-27 | Кеннаметал Инк. | Элемент, покрытый твердым материалом |
| RU2502827C1 (ru) * | 2012-04-26 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Способ изготовления режущих пластин |
| US8637127B2 (en) | 2005-06-27 | 2014-01-28 | Kennametal Inc. | Composite article with coolant channels and tool fabrication method |
| US8697258B2 (en) | 2006-10-25 | 2014-04-15 | Kennametal Inc. | Articles having improved resistance to thermal cracking |
| US8789625B2 (en) | 2006-04-27 | 2014-07-29 | Kennametal Inc. | Modular fixed cutter earth-boring bits, modular fixed cutter earth-boring bit bodies, and related methods |
| US8790439B2 (en) | 2008-06-02 | 2014-07-29 | Kennametal Inc. | Composite sintered powder metal articles |
| US8800848B2 (en) | 2011-08-31 | 2014-08-12 | Kennametal Inc. | Methods of forming wear resistant layers on metallic surfaces |
| RU2528288C2 (ru) * | 2011-11-22 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Режущая пластина |
| RU2536014C2 (ru) * | 2009-07-27 | 2014-12-20 | Секо Тулз Аб | Пластина с покрытием для режущего инструмента для обточки сталей |
| US9016406B2 (en) | 2011-09-22 | 2015-04-28 | Kennametal Inc. | Cutting inserts for earth-boring bits |
| RU2596532C1 (ru) * | 2015-03-13 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
| RU2598712C1 (ru) * | 2015-03-13 | 2016-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
| US9643236B2 (en) | 2009-11-11 | 2017-05-09 | Landis Solutions Llc | Thread rolling die and method of making same |
| RU174415U1 (ru) * | 2016-11-30 | 2017-10-12 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полигон-МТ" | Стальное изделие с композиционным износостойким покрытием |
| US10968512B2 (en) | 2017-06-22 | 2021-04-06 | Kennametal Inc. | CVD composite refractory coatings and applications thereof |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA010934B1 (ru) * | 2004-07-12 | 2008-12-30 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Хб | Режущая пластина и способ ее изготовления |
| US8637127B2 (en) | 2005-06-27 | 2014-01-28 | Kennametal Inc. | Composite article with coolant channels and tool fabrication method |
| US8808591B2 (en) | 2005-06-27 | 2014-08-19 | Kennametal Inc. | Coextrusion fabrication method |
| US8789625B2 (en) | 2006-04-27 | 2014-07-29 | Kennametal Inc. | Modular fixed cutter earth-boring bits, modular fixed cutter earth-boring bit bodies, and related methods |
| RU2446231C2 (ru) * | 2006-06-22 | 2012-03-27 | Кеннаметал, Инк. | Система покрытия хпо, включающая материалы, содержащие оксид алюминия и/или титан, и способ ее получения |
| US8841005B2 (en) | 2006-10-25 | 2014-09-23 | Kennametal Inc. | Articles having improved resistance to thermal cracking |
| US8697258B2 (en) | 2006-10-25 | 2014-04-15 | Kennametal Inc. | Articles having improved resistance to thermal cracking |
| US8512882B2 (en) | 2007-02-19 | 2013-08-20 | TDY Industries, LLC | Carbide cutting insert |
| RU2469819C2 (ru) * | 2007-06-28 | 2012-12-20 | Кеннаметал Инк. | Режущая вставка со структурой износостойкого покрытия с индикацией истирания и способ ее изготовления |
| RU2491368C2 (ru) * | 2008-03-12 | 2013-08-27 | Кеннаметал Инк. | Элемент, покрытый твердым материалом |
| US8790439B2 (en) | 2008-06-02 | 2014-07-29 | Kennametal Inc. | Composite sintered powder metal articles |
| US8459380B2 (en) | 2008-08-22 | 2013-06-11 | TDY Industries, LLC | Earth-boring bits and other parts including cemented carbide |
| RU2536014C2 (ru) * | 2009-07-27 | 2014-12-20 | Секо Тулз Аб | Пластина с покрытием для режущего инструмента для обточки сталей |
| US9643236B2 (en) | 2009-11-11 | 2017-05-09 | Landis Solutions Llc | Thread rolling die and method of making same |
| RU2449053C1 (ru) * | 2011-04-05 | 2012-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ нанесения износостойкого покрытия на титановые сплавы |
| US8800848B2 (en) | 2011-08-31 | 2014-08-12 | Kennametal Inc. | Methods of forming wear resistant layers on metallic surfaces |
| US9016406B2 (en) | 2011-09-22 | 2015-04-28 | Kennametal Inc. | Cutting inserts for earth-boring bits |
| RU2528288C2 (ru) * | 2011-11-22 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Режущая пластина |
| RU2502827C1 (ru) * | 2012-04-26 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Способ изготовления режущих пластин |
| RU2596532C1 (ru) * | 2015-03-13 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
| RU2598712C1 (ru) * | 2015-03-13 | 2016-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
| RU174415U1 (ru) * | 2016-11-30 | 2017-10-12 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полигон-МТ" | Стальное изделие с композиционным износостойким покрытием |
| US10968512B2 (en) | 2017-06-22 | 2021-04-06 | Kennametal Inc. | CVD composite refractory coatings and applications thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5958569A (en) | Anchored oxide coatings on hard metal cutting tools | |
| EP0015451B2 (en) | Boride coated cemented carbide | |
| US6447890B1 (en) | Coatings for cutting tools | |
| US4101703A (en) | Coated cemented carbide elements | |
| US5750247A (en) | Coated cutting tool having an outer layer of TiC | |
| US7192637B2 (en) | Coated cutting tool for turning of steel | |
| US4162338A (en) | Coated cemented carbide elements and their manufacture | |
| US4357382A (en) | Coated cemented carbide bodies | |
| US4686156A (en) | Coated cemented carbide cutting tool | |
| US4843039A (en) | Sintered body for chip forming machining | |
| USRE32111E (en) | Coated cemented carbide bodies | |
| USRE35538E (en) | Sintered body for chip forming machine | |
| EP0074759A2 (en) | Sintered hard metal products having a multi-layer wear-restistant coating | |
| GB2048960A (en) | Coating Articles With Layers of Hard Materials | |
| US10570521B2 (en) | Multilayer structured coatings for cutting tools | |
| US6224968B1 (en) | Composite body, production process and use | |
| US6056999A (en) | Titanium carbonitride coated cemented carbide and cutting inserts made from the same | |
| RU2173241C2 (ru) | Пластина режущего инструмента и способ ее изготовления | |
| US6235416B1 (en) | Composite body and production process | |
| US6413628B1 (en) | Titanium carbonitride coated cemented carbide and cutting inserts made from the same | |
| WO2000008234A1 (en) | Multilayer composite wear resistant coating | |
| Kübel | New developments in chemically vapour-deposited coatings from an industrial point of view | |
| KR100534293B1 (ko) | 경금속 절삭공구의 고정 산화물 코팅제 | |
| AU607805B2 (en) | A1n coated silicon nitride-based cutting tools | |
| JPH09235673A (ja) | 被覆超硬工具の製造法 |