RU2211879C2 - Method of manufacture of sintered-carbide tools - Google Patents
Method of manufacture of sintered-carbide tools Download PDFInfo
- Publication number
- RU2211879C2 RU2211879C2 RU2000133068/02A RU2000133068A RU2211879C2 RU 2211879 C2 RU2211879 C2 RU 2211879C2 RU 2000133068/02 A RU2000133068/02 A RU 2000133068/02A RU 2000133068 A RU2000133068 A RU 2000133068A RU 2211879 C2 RU2211879 C2 RU 2211879C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- tool
- sintered
- thickness
- base
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения твердосплавного режущего инструмента с градиентом свойств поверхностных слоев. The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to methods for producing carbide cutting tools with a gradient of the properties of the surface layers.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ получения твердосплавного инструмента (Верещака А.С. и др. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1986. - с.24-25), включающий нанесение на основу (ВК6, Т5К10, ТТ10К8Б) слоя (TiN, ZrN, (Ti-Cr)N) металла методом ионной бомбардировки. The closest analogue to the claimed object is a method of producing carbide tools (Vereshchak A.S. and other cutting tools with wear-resistant coatings. - M .: Mechanical Engineering, 1986. - p.24-25), including application to the base (VK6, T5K10 , TT10K8B) layer of (TiN, ZrN, (Ti-Cr) N) metal by ion bombardment.
Недостатком решения является относительно низкая работоспособность инструмента в тяжелых условиях резания (переменная глубина, подача и скорость резания). Так, например, при профильной обточке бандажей колес железнодорожных вагонов (глубина резания в процессе обработки колеса за один проход колеблется от 3 до 10 мм, наличие ползунов, наваров и выщерблин вынуждает изменять подачу от 2 до 0,8 мм/об, скорость резания - от 60 до 20 м/мин) изготовленный по этому способу инструмент, обладая по сути удовлетворительной износостойкостью, не обеспечивает работоспособности из-за низкой трещиностойкости поверхностных слоев и низкой прочности, что приводит к выкрашиванию режущего лезвия или поломке пластины при обработке первых же 2-3 колес. The disadvantage of the solution is the relatively low working capacity of the tool in severe cutting conditions (variable depth, feed and cutting speed). So, for example, when profile turning wheel bandages of railway wagons (the cutting depth in the course of processing the wheel in one pass ranges from 3 to 10 mm, the presence of sliders, welds and chisels makes it necessary to change the feed rate from 2 to 0.8 mm / rev, cutting speed - from 60 to 20 m / min) the tool manufactured by this method, having essentially satisfactory wear resistance, does not provide operability due to the low crack resistance of the surface layers and low strength, which leads to chipping of the cutting blade or breakage of the insert When processing the first 2-3 wheels.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение эксплуатационных свойств инструмента для тяжелых условий резания, а именно повышение работоспособности и трещиностойкости (без снижения износостойкости). The technical result of the proposed method is to increase the operational properties of the tool for severe cutting conditions, namely increasing the working capacity and crack resistance (without reducing wear resistance).
Технический результат достигается обеспечением градиента свойств в поверхностных слоях инструмента, в частности изменение модуля упругости и микротвердости в поверхностных слоях твердосплавного изделия (с нанесением износостойкого слоя или без такового) обеспечивает рост трещиностойкости и прочности поверхностных слоев. Это в сочетании с высокой износостойкостью и термостойкостью изделия, обеспечивает существенный рост (в 2 и более раза) работоспособности инструмента (под нею понимается количество колес, обработанных инструментом до разрушения или утраты точности обработки). The technical result is achieved by providing a gradient of properties in the surface layers of the tool, in particular, a change in the modulus of elasticity and microhardness in the surface layers of the carbide product (with or without a wear-resistant layer) ensures an increase in crack resistance and strength of the surface layers. This, combined with high wear resistance and heat resistance of the product, provides a significant increase (by 2 or more times) in the tool life (it means the number of wheels machined by the tool before the destruction or loss of precision).
Технический результат по обеспечению требуемого градиента свойств поверхностных слоев инструмента обеспечивается образованием карбидов титана (и других дисперсных фаз) в сплавах группы ВК при окончательном спекании. Для этого на предварительно спеченную основу наносят слой титана, который в качестве легирующего элемента основы при окончательном спекании образует карбиды титана с различной стехиометрией на глубинах поверхностных слоев. Для обеспечения функции легирования слой титана наносят толщиной 1,5 ÷ 3,0 мкм. Для образования дисперсных фаз (TiWC, TiCo, WCo различной стехиометрии) перед нанесением слоя титана необходимо обеспечить возможность его проникновения на определенные глубины поверхностных слоев предварительно спеченной основы и иметь в основе определенную связанность кобальта, вольфрама, углерода. Наилучшим образом это удовлетворяется при температуре спекания 1100 ÷ 1250oС, причем меньшей температуре предварительного спекания соответствует большая толщина наносимого затем слоя титана. Нанесение слоя титана возможно любым методом (т. к. пористость изделия и связанность кобальта, вольфрама, углерода обеспечены при предварительном спекании), но технологически удобнее (за счет ионной очистки и активации поверхности изделия) это осуществлять методом конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ).The technical result of providing the required gradient of the properties of the surface layers of the tool is ensured by the formation of titanium carbides (and other dispersed phases) in VK alloys during final sintering. To do this, a layer of titanium is applied to the pre-sintered base, which, as the alloying element of the base, during final sintering forms titanium carbides with different stoichiometry at the depths of the surface layers. To ensure the doping function, a titanium layer is applied with a thickness of 1.5 ÷ 3.0 μm. For the formation of dispersed phases (TiWC, TiCo, WCo of various stoichiometries) before applying the titanium layer, it is necessary to ensure that it can penetrate to certain depths of the surface layers of the pre-sintered base and have a certain coherence of cobalt, tungsten, and carbon based on it. This is best satisfied at a sintering temperature of 1100 ÷ 1250 o C, and a lower pre-sintering temperature corresponds to a greater thickness of the then deposited titanium layer. The deposition of a titanium layer is possible by any method (because the porosity of the product and the cohesion of cobalt, tungsten, carbon are provided during preliminary sintering), but it is technologically more convenient (due to ionic cleaning and activation of the surface of the product) this can be done by condensation with ion bombardment (CIB).
Обоснование способа. Для тяжелых условий резания (в том числе для токарной обработки бывших в эксплуатации колес железнодорожных вагонов) металлорежущий инструмент должен обладать рядом свойств: прочностью, твердостью, износостойкостью и т.д. Одновременно это обеспечить не удается. Принят компромиссный путь: основной материал инструмента обладает прочностью, его поверхностные слои - износостойкостью, микротвердостью, причем это изменяется по глубине поверхностного слоя, т.е. имеет место градиент свойств поверхностных слоев. В частности, для "усиления" градиента на такое изделие может быть нанесено дополнительное износостойкое покрытие. The rationale for the method. For severe cutting conditions (including turning of previously used wheels of railway cars), a metal cutting tool should have a number of properties: strength, hardness, wear resistance, etc. At the same time, this cannot be ensured. A compromise path has been adopted: the main material of the tool is durable, its surface layers are wear-resistant, microhardness, and this varies along the depth of the surface layer, i.e. there is a gradient of surface layer properties. In particular, to “enhance” the gradient, an additional wear-resistant coating may be applied to such a product.
Градиент свойств поверхностного слоя обеспечивается возможностью протекания тех или иных реакций во время окончательного спекания. Избирательность (какой из возможных реакций протекать в данный момент времени при данной температуре) и превалирование реакций зависит от количества внесенного (легирующего) металла (Me) и связанности компонент сплава группы ВК. Степень связанности компонент определяется температурой предварительного спекания. Чем она ниже, тем на большую глубину происходит легирование (т.е. более толстый поверхностный слой с градиентом свойств), тем меньше Me останется на поверхности ("улетучивание", проникновение в глубь, удаление при заточке). Чтобы компенсировать уменьшение Me на поверхности, необходимо иметь его избыток, т. е. при меньшей температуре предварительного спекания необходим более толстый слой Me. The gradient of the properties of the surface layer is ensured by the possibility of the occurrence of certain reactions during the final sintering. Selectivity (which of the possible reactions to proceed at a given time at a given temperature) and the prevalence of reactions depend on the amount of introduced (alloying) metal (Me) and the bonding of the components of the alloy of the VK group. The degree of bonding of the components is determined by the preliminary sintering temperature. The lower it is, the deeper the doping occurs (i.e., a thicker surface layer with a gradient of properties), the less Me will remain on the surface (“volatilization”, penetration into the depth, removal during sharpening). To compensate for the decrease in Me on the surface, it is necessary to have an excess of it, i.e., at a lower preliminary sintering temperature, a thicker Me layer is needed.
Исследование термодинамического потенциала реакций показывает следующий приоритет реакций (частично возможно одновременное протекание нескольких реакций):
для металлов IV группы по системе Д.И. Менделеева
6WC+3Со+4Ме=3W2C+3МеС+Со3Ме
Со3С+3Ме=3МеС+Со
2Ме+С+Со=МеС+СоМе
2WC+2Ме=2МеС0,5+W2C
6WC+Со+6Ме=Co7W6+6МеС
Со+Me=CoMe
3Со+Me=Со3Ме
2WC+Me=МеС+W2C
WC+Me=MeWC
Подобные реакции возможны также с металлами V и VI групп, но судя по свободной энергии образования соединений в ходе реакций предпочтительны металлы IV группы. Из них предпочтительнее титан, т.к. возможность образования карбида титана (TiC, TiC0,5 и т.д.) в поверхностных слоях заманчива, т.к. позволяет снабдить сплав группы ВК частично свойствами группы ТК (т.е. хорошая возможность обеспечить требуемый компромисс свойств поверхностного слоя и основного материала инструмента).The study of the thermodynamic potential of the reactions shows the following priority of the reactions (it is partially possible to have several reactions simultaneously):
for metals of group IV according to the D.I. system Mendeleev
6WC + 3Co + 4Me = 3W 2 C + 3MeC + Co 3 Me
Co 3 C + 3Me = 3MeC + Co
2Me + C + Co = MeC + CoMe
2WC + 2Me = 2MeC 0.5 + W 2 C
6WC + Co + 6Me = Co 7 W6 + 6MeC
Co + Me = CoMe
3Co + Me = Co 3 Me
2WC + Me = MeC + W 2 C
WC + Me = MeWC
Similar reactions are also possible with metals of groups V and VI, but judging by the free energy of the formation of compounds during the reactions, metals of group IV are preferred. Of these, titanium is preferable, because the possibility of the formation of titanium carbide (TiC, TiC 0.5 , etc.) in the surface layers is attractive, because allows to provide the VK group alloy partially with the properties of the TC group (i.e., a good opportunity to provide the required compromise between the properties of the surface layer and the main material of the tool).
Примеры реализации способа. Examples of the method.
Пример 1. Брали смесь порошков для сплава ВК6, формовали заготовку, предварительно спекали при 1200oС, наносили методом КИБ слой титана толщиной 2,0 мкм, подвергали окончательному спеканию. Полученные изделия подвергали испытаниям, табл. 1.Example 1. They took a mixture of powders for VK6 alloy, formed a preform, pre-sintered at 1200 ° C, applied a 2.0-μm thick titanium layer using the CIB method, and subjected to final sintering. The resulting products were tested, table. 1.
Пример 2. Все выполняли так же, но после окончательного спекания наносили слой износостойкого (как в прототипе) покрытия TiN толщиной 4 мкм. Изделия подвергали испытаниям, табл. 1. Example 2. Everything was performed in the same way, but after the final sintering, a layer of a wear-resistant (as in the prototype) TiN coating 4 μm thick was applied. The products were tested, table. 1.
Из данных таблицы 1 следует, что заявляемый способ повышает работоспособность инструмента за счет изменения механизма разрушения инструментального материала. Смена механизма разрушения связана с изменением температуры предварительного спекания и материалом слоя, наносимого перед окончательным спеканием. Этот вывод подтверждается хоть при нанесении износостойкого покрытия после окончательного спекания, хоть без такового. From the data of table 1 it follows that the inventive method improves the operability of the tool by changing the mechanism of destruction of the tool material. A change in the fracture mechanism is associated with a change in the preliminary sintering temperature and the material of the layer applied before the final sintering. This conclusion is confirmed even when applying a wear-resistant coating after the final sintering, even without it.
Таким образом, данные таблицы 1 подтверждают достижение технического результата заявляемого изобретения. Thus, the data in table 1 confirm the achievement of the technical result of the claimed invention.
Пример 3. Все выполняли так же, но вместо слоя молибдена наносили слой циркония, табл. 2. Example 3. All performed the same way, but instead of a layer of molybdenum, a layer of zirconium was applied, table. 2.
Пример 4. Все выполняли так же, но наносили слой хрома, табл. 2. Example 4. All performed the same way, but applied a layer of chromium, table. 2.
Из данных таблицы 2 следует:
1. Материал наносимого слоя оказывает существенное влияние на работоспособность инструмента.From the data in table 2 it follows:
1. The material of the applied layer has a significant impact on the performance of the tool.
2. Поднятие температуры (с 1000 до 1200oС) предварительного спекания при одном материале слоя изменяет работоспособность инструмента, но механизм разрушения инструмента существенно не изменяется.2. Raising the temperature (from 1000 to 1200 o C) of preliminary sintering with a single material layer changes the performance of the tool, but the mechanism of destruction of the tool does not change significantly.
3. Примеры 3 и 4 подтверждают достижение технического результата. 3. Examples 3 and 4 confirm the achievement of a technical result.
Пример 5. Проведен для проверки влияния метода нанесения слоя металла после предварительного спекания. Example 5. Conducted to verify the influence of the method of applying a layer of metal after preliminary sintering.
Все делали так же, как в примере 4, но слой хрома наносили методом диффузионного термического осаждения (порошковая засыпка хромом). Такой инструмент позволял обработать 6÷7 колес. Это тоже подтверждает технический результат, т. е. метод нанесения слоя не принципиален, но метод КИБ технологичен и позволяет получить более высокий технический результат. Everything was done in the same way as in example 4, but the chromium layer was applied by diffusion thermal deposition (powder coating with chromium). Such a tool allowed to process 6 ÷ 7 wheels. This also confirms the technical result, i.e., the method of applying the layer is not fundamental, but the CIB method is technological and allows to obtain a higher technical result.
Пример 6. Проведен для проверки пригодности способа на других марках твердого сплава. Example 6. Conducted to verify the suitability of the method on other grades of carbide.
Все делали так же, как в примере 2, но использовали порошки сплава ВК8. Результаты даны в таблице 3. Everything was done in the same way as in example 2, but used powders alloy VK8. The results are given in table 3.
Сравнение результатов таблицы 3 показывает, что технический результат достигается и при изготовлении изделий из других твердосплавных материалов. A comparison of the results of table 3 shows that the technical result is achieved in the manufacture of products from other carbide materials.
Пример 7. Проведен для выявления рациональной области температур предварительного спекания. Example 7. Held to identify a rational temperature range of preliminary sintering.
Все делали так же, как в примере 2, но температуру предварительного спекания варьировали через 50oС. Результаты приведены в таблице 4.Everything was done in the same way as in example 2, but the preliminary sintering temperature was varied after 50 o C. The results are shown in table 4.
Анализ данных таблицы 4 показывает, что наиболее рациональной областью температур предварительного спекания является 1100÷1250oС. При значениях температур за пределами данной области работоспособность инструмента изменяется.The analysis of the data in table 4 shows that the most rational range of preliminary sintering temperatures is 1100 ÷ 1250 o C. At temperatures outside this area, the working capacity of the tool changes.
За пределами этой области также изменяется вид разрушения инструмента. Увеличение температуры ведет к уменьшению толщины поверхностного слоя с градиентом свойств (при снижении темпа прироста микротвердости уменьшение температуры ведет к росту толщины слоя, но снижается микротвердость). Outside of this area, the type of destruction of the tool also changes. An increase in temperature leads to a decrease in the thickness of the surface layer with a gradient of properties (with a decrease in the growth rate of microhardness, a decrease in temperature leads to an increase in the thickness of the layer, but the microhardness decreases).
Пример 8. Проведен для выявления рациональной толщины слоя металла (на примере титана), наносимого перед окончательным спеканием. Example 8. Conducted to identify the rational thickness of the metal layer (for example, titanium) applied before the final sintering.
Все детали так же, как в примере 2, но при температуре предварительного спекания 1175oC (как среднее значение определенного выше интервала). Варьировали толщиной (через 0,5 мкм) наносимого слоя титана. Результаты приведены в таблице 5.All details are the same as in example 2, but at a pre-sintering temperature of 1175 o C (as the average value of the interval defined above). Varyed by the thickness (through 0.5 μm) of the applied titanium layer. The results are shown in table 5.
Из данных таблицы следует, что рациональная область толщин находится в пределах 1,5 ÷ 3,0 мкм. Увеличение толщины прироста работоспособности не дает (лишь повышает трудоемкость изготовления инструмента). Уменьшением толщины снижает работоспособность. From the table it follows that the rational range of thicknesses is in the range of 1.5 ÷ 3.0 microns. Increasing the thickness of the increase in performance does not (only increases the complexity of manufacturing the tool). Reducing the thickness reduces performance.
Пример 9. Выполнен для проверки границ изменяемых параметров (температура и толщина слоя). Example 9. Made to check the boundaries of the variable parameters (temperature and layer thickness).
Все выполняли аналогично, но при граничных значениях температуры предварительного спекания использовали граничные значения толщин слоя наносимого титана. All were performed similarly, but at the boundary values of the preliminary sintering temperature, the boundary values of the thicknesses of the applied titanium layer were used.
Результаты приведены в таблице 6. The results are shown in table 6.
Данные таблицы 6 показывают:
1. Граничные значения температуры предварительного спекания и толщины слоя наносимого титана обеспечивают получение технического результата.The data in table 6 show:
1. The boundary values of the preliminary sintering temperature and the thickness of the applied titanium layer provide a technical result.
2. Наилучшее достижение технического результата отмечается при следующей закономерности: меньшей температуре предварительного спекания соответствует большая толщина наносимого слоя и наоборот. 2. The best achievement of the technical result is observed with the following pattern: a lower pre-sintering temperature corresponds to a larger thickness of the applied layer and vice versa.
Пример 10. Выполнен для проверки справедливости последнего вывода. Все выполняли так же, но для большего интервала толщин наносимого слоя. Результаты приведены в таблице 7. Example 10. Completed to verify the validity of the last conclusion. All performed the same way, but for a larger range of thicknesses of the applied layer. The results are shown in table 7.
Анализ данных таблицы 7 по числу обработанных колес подтверждает вывод о том, что меньшей температуре предварительного спекания соответствует большая толщина наносимого слоя металла и наоборот. Analysis of the data in table 7 on the number of machined wheels confirms the conclusion that a lower pre-sintering temperature corresponds to a larger thickness of the applied metal layer and vice versa.
Однако близость значений (по числу обработанных колес), полученных при разных толщинах слоя и отличие в условиях испытаний (обрабатываемые колеса отличаются, и это неизбежно, по состоянию обрабатываемой поверхности, а именно по наличию ползунов, наваров, наклепу, твердости и т.д.) побудило к дополнительному исследованию. Так была оценена способность инструментального материала сопротивляться образованию и росту трещин по коэффициенту К1C трещиностойкости, табл. 7. Эти результаты дополнительно подтвердили вывод о том, что технический результат (повышение работоспособности и трещиностойкости) наилучшим образом достигается, если меньшей температуре предварительного спекания соответствует большая толщина слоя наносимого металла и наоборот.However, the proximity of the values (by the number of machined wheels) obtained at different layer thicknesses and the difference in the test conditions (machined wheels differ, and this is inevitable, according to the condition of the machined surface, namely the presence of sliders, welds, hardening, hardness, etc. ) prompted further research. So, the ability of the tool material to resist the formation and growth of cracks was evaluated by the coefficient of K 1C crack resistance, table. 7. These results additionally confirmed the conclusion that the technical result (increased working capacity and crack resistance) is best achieved if a lower pre-sintering temperature corresponds to a larger thickness of the deposited metal layer and vice versa.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000133068/02A RU2211879C2 (en) | 2000-12-29 | 2000-12-29 | Method of manufacture of sintered-carbide tools |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000133068/02A RU2211879C2 (en) | 2000-12-29 | 2000-12-29 | Method of manufacture of sintered-carbide tools |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2211879C2 true RU2211879C2 (en) | 2003-09-10 |
| RU2000133068A RU2000133068A (en) | 2004-03-20 |
Family
ID=29776562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000133068/02A RU2211879C2 (en) | 2000-12-29 | 2000-12-29 | Method of manufacture of sintered-carbide tools |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2211879C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2526627C2 (en) * | 2008-11-11 | 2014-08-27 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Sintered hard metal part and method to this end |
-
2000
- 2000-12-29 RU RU2000133068/02A patent/RU2211879C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВЕРЕЩАКА А.С. и др. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1986, с.24 и 25. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2526627C2 (en) * | 2008-11-11 | 2014-08-27 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Sintered hard metal part and method to this end |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2000133068A (en) | 2004-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6105261A (en) | Self sharpening blades and method for making same | |
| JP2598791B2 (en) | Sintered body for chip forming | |
| EP1786954B1 (en) | Pvd coated ruthenium featured cutting tools | |
| US3999954A (en) | Hard metal body and its method of manufacture | |
| EP1347076B1 (en) | PVD-Coated cutting tool insert | |
| JP5636052B2 (en) | Coated cutting tool with platinum group metal concentration gradient and related process | |
| EP1348779A1 (en) | Coated cutting tool for turning of steel | |
| EP0873432A1 (en) | Cvd-coated titanium based carbonitride cutting tool insert | |
| EP0699642A2 (en) | Whisker or fiber reinforced polycrystalline cubic boron nitride and diamond | |
| US7544410B2 (en) | Hard metal or cermet body and method for producing the same | |
| JP4330859B2 (en) | Coated cemented carbide and method for producing the same | |
| KR20110100621A (en) | Improved coated cutting insert for rough turning | |
| EP1493845B1 (en) | CVD coated cutting tool insert | |
| US5403628A (en) | Process for producing a coated hard-metal cutting body | |
| CN102245801B (en) | Method of making cutting tool inserts with high demands on dimensional accuracy | |
| JP4731645B2 (en) | Cemented carbide and coated cemented carbide and method for producing the same | |
| RU2211879C2 (en) | Method of manufacture of sintered-carbide tools | |
| JPS5952703B2 (en) | Surface coated cemented carbide parts | |
| JPS5928628B2 (en) | Surface coated cemented carbide tools | |
| JP2001179507A (en) | Cutting tool | |
| JP4034931B2 (en) | Coated cemented carbide member and method for producing the same | |
| JP2000336451A (en) | Modified sintered alloy, coated sintered alloy, and their production | |
| JPH0673560A (en) | Coated sintered hard alloy member and its production | |
| RU2218448C2 (en) | Method of manufacture of hard-alloy articles at varying micro-hardness of surface layers | |
| KR20010051441A (en) | Coating of ultra-hard materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031230 |