RU2250810C1 - Coated cutting tool - Google Patents

Coated cutting tool Download PDF

Info

Publication number
RU2250810C1
RU2250810C1 RU2003133026/02A RU2003133026A RU2250810C1 RU 2250810 C1 RU2250810 C1 RU 2250810C1 RU 2003133026/02 A RU2003133026/02 A RU 2003133026/02A RU 2003133026 A RU2003133026 A RU 2003133026A RU 2250810 C1 RU2250810 C1 RU 2250810C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
tool
cutting tool
silicon
titanium
Prior art date
Application number
RU2003133026/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.П. Табаков (RU)
В.П. Табаков
Н.А. Ширманов (RU)
Н.А. Ширманов
А.В. Циркин (RU)
А.В. Циркин
А.В. Чихранов (RU)
А.В. Чихранов
Original Assignee
Ульяновский государственный технический университет
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 Ульяновский государственный технический университет filed Critical Ульяновский государственный технический университет
Priority to RU2003133026/02A priority Critical patent/RU2250810C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2250810C1 publication Critical patent/RU2250810C1/en

Links

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: application of coatings, namely by evaporation and condensation in vacuum, possibly manufacture of cutting tools with wear resistant coatings.
SUBSTANCE: cutting tool includes base of tool and wear resistant ion-plasma coating applied onto it. Coating includes silicon and it is made of titanium nitride and silicon at relation of those components, mass %: titanium, 98.8 -99.1; silicon, 0.9 - 1.2.
EFFECT: enhanced strength of tool.
1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использовано в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте.The invention relates to the field of coating, in particular to coating by evaporation and condensation in vacuum, and can be used in tool production to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool.

Известен режущий инструмент с износостойким ионоплазменным покрытием TiN толщиной 3-8 мкм (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252).Known cutting tool with a wear-resistant ion-plasma coating TiN with a thickness of 3-8 μm (see Vereshchak A.S. The performance of the cutting tool with wear-resistant coatings. M: Mechanical Engineering, 1993. S. 252).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте с покрытием наносимое покрытие имеет недостаточные микротвердость и прочность сцепления с инструментальной основой и высокие остаточные напряжения, что приводит к снижению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known coated cutting tool include the fact that in the known coated cutting tool, the applied coating has insufficient microhardness and adhesion to the tool base and high residual stresses, which leads to a decrease in the resistance of the cutting tool during its operation.

Наиболее близким режущим инструментом с покрытием того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является режущий инструмент с покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее износостойкое ионоплазменное покрытие нитрида титана и циркония (см. Табаков В.П., Езерский В.И., Полянсков Ю.В. Повышение работоспособности режущего инструмента путем направленного изменения состава износостойкого покрытия // Вестник машиностроения. 1989. № 12. С.45), принятый за прототип.The closest cutting tool with a coating of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a cutting tool with a coating containing a tool base and a wear-resistant ion-plasma coating of titanium and zirconium nitride (see Tabakov V.P., Ezersky V.I., Polyanskov Yu.V. Improving the operability of a cutting tool by means of a directed change in the composition of a wear-resistant coating // Vestnik mashinostroeniya. 1989. No. 12. P.45), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном режущем инструменте с покрытием не обеспечивается достаточные прочность сцепления покрытия с инструментальной основой и микротвердость покрытия и низкие остаточные напряжения, в результате чего снижается стойкость режущего инструмента при его эксплуатации.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known cutting tool with a coating adopted as a prototype include the fact that a known cutting tool with a coating does not provide sufficient adhesion of the coating to the tool base and microhardness of the coating and low residual stresses, as a result which decreases the resistance of the cutting tool during its operation.

Сущность изобретения заключается в следующем. На инструментальную основу наносится износостойкое покрытие нитрида титана и кремния при соотношении титана и кремния, мас. %: титан 98,8-99,1, кремний 0,9-1,2.The invention consists in the following. A wear-resistant coating of titanium nitride and silicon is applied to the tool base with a ratio of titanium and silicon, wt. %: titanium 98.8-99.1, silicon 0.9-1.2.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.The technical result is an increase in the resistance of the cutting tool.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известный режущий инструмент с покрытием содержит инструментальную основу и нанесенное на нее износостойкое ионоплазменное покрытие из нитрида титана и кремния.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that the known coated cutting tool contains a tool base and a wear-resistant ion-plasma coating of titanium nitride and silicon applied to it.

Особенность заключается в том, что покрытие содержит кремний и выполнено из нитрида титана и кремния при соотношении титана и кремния, мас.%: титан 98,8-99,1, кремний 0,9-1,2.The peculiarity lies in the fact that the coating contains silicon and is made of titanium nitride and silicon with a ratio of titanium and silicon, wt.%: Titanium 98.8-99.1, silicon 0.9-1.2.

Нанесение покрытия, выполненного из нитрида титана и кремния при соотношении титана и кремния, мас.%: титан 98,8-99,1, кремний 0,9-1,2, приводит к снижению напряжений в покрытии, к повышению микротвердости и прочности сцепления с инструментальной основой и, как следствие, к увеличению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.The application of a coating made of titanium nitride and silicon at a ratio of titanium and silicon, wt.%: Titanium 98.8-99.1, silicon 0.9-1.2, leads to a decrease in stresses in the coating, to an increase in microhardness and adhesion strength with an instrumental basis and, as a consequence, to increase the resistance of the cutting tool during its operation.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, определенным из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с покрытием, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, determined from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed us to establish a set of essential in relation to the Riva applicant technical result in the claimed hallmarks coated cutting tool as set out in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного режущего инструмента с покрытием. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed cutting tool with a coating. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for a specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of a technical result is not revealed from the prior art as defined by the applicant, in particular, the following transformations are not provided for by the claimed invention:

- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;- addition of a known product by any known part (s) attached to it (by) according to known rules, in order to achieve a technical result in respect of which the effect of such an addition is established;

- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;- replacement of any part (s) of a known product with another known part to achieve a technical result, in respect of which the influence of such a replacement is established;

- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности, сокращение продолжительности процесса и пр.);- the exclusion of any part (element) of the product with the simultaneous exclusion of the function due to its presence and the achievement of the usual result for such exclusion (simplification, reduction of weight, dimensions, material consumption, increased reliability, reduced process time, etc.);

- увеличение количества однотипных элементов, действий для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов, действий;- an increase in the number of elements of the same type, actions to enhance the technical result, due to the presence in the tool of just such elements, actions;

- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;- the implementation of a known tool or part (s) of a known material to achieve a technical result due to the known properties of this material;

- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.- the creation of a tool consisting of known parts, the choice of which and the relationship between them are based on known rules, recommendations, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this tool and the relationships between them.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.The described invention is not based on a change in a quantitative characteristic (s), the presentation of such signs in relationship, or a change in its appearance. This refers to the case when the fact of the influence of each of these characteristics on the technical result is known, and new values of these signs or their relationship could be obtained on the basis of known dependencies and patterns.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результатаInformation confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the above technical result

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен режущий инструмент с покрытием.The invention is illustrated by the drawing, which shows a cutting tool with a coating.

Режущий инструмент с покрытием содержит инструментальную основу 1 и нанесенное на нее покрытие 2, выполненное из нитрида титана и кремния.The coated cutting tool comprises a tool base 1 and a coating 2 applied thereon, made of titanium nitride and silicon.

Покрытия наносили следующим образом.Coatings were applied as follows.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Предварительно очищенные от загрязнений неперетачиваемые пластины, изготовленные из твердого сплава МК8 и быстрорежущей стали Р6М5К5, размещали в камере установки "Булат-6Т" с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия.The coatings were applied by the CIB method (condensation from the plasma phase in vacuum with ion bombardment). Non-grind plates preliminarily cleaned of contaminants made of MK8 hard alloy and P6M5K5 high-speed steel were placed in the chamber of the Bulat-6T installation with electric arc evaporators installed in it, the cathode materials of which include coating elements.

В пространстве между пластинами и катодом зажигали дуговой разряд для испарения материала катода, в камеру подавали азот для взаимодействия с испаряемым материалом катода. Осуществляли конденсацию покрытия нитрида титана и кремния (Ti,Si)N толщиной 5 мкм. После этого подачу азота в камеру прекращали, выключали дуговой разряд. Пластины с нанесенным износостойким покрытием охлаждали в камере до комнатной температуры.An arc discharge was ignited in the space between the plates and the cathode to vaporize the cathode material, nitrogen was supplied to the chamber to interact with the vaporized cathode material. A coating of titanium nitride and silicon (Ti, Si) N with a thickness of 5 μm was condensed. After that, the nitrogen supply to the chamber was stopped, the arc discharge was turned off. Wear-resistant plates were cooled in a chamber to room temperature.

Остаточные напряжения в покрытии определяли на рентгеновском дифрактометре “ДРОН - 3”.Residual stresses in the coating were determined on a DRON-3 X-ray diffractometer.

Микротвердость покрытия измеряли на микротвердомере “ПМТ - 3”.The microhardness of the coating was measured on a PMT - 3 microhardness tester.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали 30ХГСА на токарном станке 16К20. Режимы резания для инструмента с пластинами, изготовленными из твердого сплава МК8: скорость резания V=180 м/мин, подача S=0,15 мм/об, глубина резания t=0,5 мм, обработка производилась без применения СОЖ; для инструмента с пластинами, изготовленными из быстрорежущей стали Р6М5К5: скорость резания V=55 м/мин, подача S=0,3 мм/об, глубина резания t=0,75 мм, обработка производилась с применением СОЖ (5%-ный водный раствор эмульсола Укринол-1M).Durable tests of the cutting tool were carried out with the longitudinal turning of billets made of 30KhGSA steel on a 16K20 lathe. Cutting conditions for a tool with inserts made of MK8 carbide: cutting speed V = 180 m / min, feed S = 0.15 mm / rev, cutting depth t = 0.5 mm, processing was performed without the use of coolant; for tools with plates made of R6M5K5 high-speed steel: cutting speed V = 55 m / min, feed S = 0.3 mm / rev, cutting depth t = 0.75 mm, processing was performed using coolant (5% water emulsol solution Ukrinol-1M).

За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности: hЗ=0,4 мм для пластин, изготовленных из твердого сплава МК8, и hЗ=0,6 мм для пластин, изготовленных из быстрорежущей стали Р6М5К5. Эффективность инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с покрытием (Ti,Si)N к стойкости инструмента с покрытием (Ti,Zr)N.For the wear criterion, the value of the chamfer of wear on the rear surface was taken: h З = 0.4 mm for plates made of MK8 hard alloy and h З = 0.6 mm for plates made of R6M5K5 high-speed steel. The effectiveness of the tool was determined by the value of the coefficient of increase in resistance, defined as the ratio of the tool life with a coating (Ti, Si) N to tool life with a coating (Ti, Zr) N.

Величина остаточных напряжений, коэффициент отслоения, микротвердость покрытий (Ti,Zr)N и (Ti,Si)N и стойкость режущего инструмента с данными покрытиями приведены в таблице.The value of residual stresses, peeling coefficient, microhardness of coatings (Ti, Zr) N and (Ti, Si) N and the resistance of the cutting tool with these coatings are shown in the table.

Состав покрытия, мас.% (соотношение компонентов)The composition of the coating, wt.% (Ratio of components) Микротвердость Нμ, ГПаMicrohardness Нμ, GPa Коэффициент отслоенияPeeling ratio Остаточные напряжения σ0, МПаResidual stresses σ 0 , MPa Стойкость Т, минResistance T, min TiTi ZrZr SiSi         МК8MK8 9090 1010 -- 31,531.5 1,761.76 21472147 3232 99,3399.33 -- 0,670.67 36,136.1 1,381.38 16291629 4545 99,0099.00 -- 1,001.00 37,437,4 1,431.43 18121812 5151 98,6798.67 -- 1,331.33 38,238,2 1,491.49 19231923 4848 Р6М5К5R6M5K5 9090 1010 -- 28,028.0 0,860.86 38703870 5656 99,3399.33 -- 0,670.67 30,130.1 0,500.50 24332433 7676 99,0099.00 -- 1,001.00 31,931.9 0,540.54 26342634 8484 98,6798.67 -- 1,331.33 32,632.6 0,570.57 27372737 7979

Как видно из таблицы, наличие в покрытии нитрида титана кремния способствует снижению остаточных напряжений в покрытии, повышению микротвердости и прочности сцепления покрытия с инструментальной основой (о чем свидетельствует уменьшение значения коэффициента отслоения), увеличению стойкости режущего инструмента с покрытием (Ti,Si)N по сравнению с инструментом с покрытием (Ti,Zr)N.As can be seen from the table, the presence of silicon titanium nitride in the coating reduces the residual stresses in the coating, increases the microhardness and adhesion of the coating to the tool base (as evidenced by a decrease in the peeling coefficient), and increases the resistance of the cutting tool with the (Ti, Si) N coating by Compared to coated tools (Ti, Zr) N.

Стойкость режущего инструмента с покрытием (Ti,Si)N по сравнению с инструментом с покрытием (Ti,Zr)N повышается в 1,5 раза для инструмента с пластинами, изготовленными из быстрорежущей стали Р6М5К5, и в 1,6 раза для инструмента с пластинами, изготовленными из твердого сплава МК8.The resistance of a cutting tool with a coating (Ti, Si) N compared to a tool with a coating (Ti, Zr) N is increased 1.5 times for a tool with inserts made of P6M5K5 high-speed steel, and 1.6 times for a tool with inserts made of hard alloy MK8.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с покрытием следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates that when using the claimed cutting tool coated with the following set of conditions:

- средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с покрытием при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области нанесения покрытий, в частности в области нанесения покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использовано в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте;- a tool embodying the claimed cutting tool with a coating in its implementation, is intended for use in industry, namely in the field of coating, in particular in the field of coating by evaporation and condensation in vacuum, and can be used in tool production to obtain wear-resistant coatings on cutting tool;

- для заявленного режущего инструмента с покрытием в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;- for the declared cutting tool with a coating in the form as described in the independent clause of the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is confirmed;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a tool embodying the claimed invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims (1)

Режущий инструмент с покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее износостойкое ионоплазменное покрытие, отличающийся тем, что покрытие содержит кремний и выполнено из нитрида титана и кремния при соотношении титана и кремния, мас.%: титан 98,8-99,1, кремний 0,9-1,2.A coated cutting tool containing a tool base and a wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, characterized in that the coating contains silicon and is made of titanium and silicon nitride at a ratio of titanium and silicon, wt.%: Titanium 98.8-99.1, silicon 0.9-1.2.
RU2003133026/02A 2003-11-11 2003-11-11 Coated cutting tool RU2250810C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003133026/02A RU2250810C1 (en) 2003-11-11 2003-11-11 Coated cutting tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003133026/02A RU2250810C1 (en) 2003-11-11 2003-11-11 Coated cutting tool

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2250810C1 true RU2250810C1 (en) 2005-04-27

Family

ID=35635887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003133026/02A RU2250810C1 (en) 2003-11-11 2003-11-11 Coated cutting tool

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2250810C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492276C1 (en) * 2011-12-30 2013-09-10 Виктор Никонорович Семенов Method of applying sandwich coatings on substrate

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492276C1 (en) * 2011-12-30 2013-09-10 Виктор Никонорович Семенов Method of applying sandwich coatings on substrate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100189978A1 (en) Tool with multi-layered metal oxide coating
RU2250810C1 (en) Coated cutting tool
RU2270275C1 (en) Method of production of the wear-resisting coatings for cutting tools
RU2227815C1 (en) Cutting tool with multi-layer coat
RU2269598C2 (en) Method for depositing wear-resistant coating on cutting tool
RU2267553C2 (en) Method for applying wear resistant coating onto cutting tool
RU2269599C2 (en) Method for depositing wear-resistant coating on cutting tool
RU2269593C2 (en) Method for applying wear-resistant coating onto cutting tool
RU2269607C1 (en) Method for applying wear-resistant coating onto cutting tool
RU2269596C2 (en) Method for applying wear resistant coating onto cutting tool
RU2214891C1 (en) Coated cutting tool
RU2269591C2 (en) Method for applying wear-resistant coating onto cutting tool
RU46260U1 (en) COATED CUTTING TOOL
RU2269600C2 (en) Method for applying wear-resistant coating on cutting tool
RU2269592C2 (en) Method for applying wear-resistant coating onto cutting tool
RU2270882C1 (en) Method of making wear-resistance coat for cutting tools
RU2270271C1 (en) Method of production of the wear-resisting coatings for cutting tools
RU2270273C1 (en) Method of production of the wear-resisting coatings for cutting tools
RU2267554C2 (en) Method for applying wear resistant coating onto cutting tool
RU2267557C2 (en) Method for applying wear resistant coating onto cutting tool
RU2267560C2 (en) Method for applying wear resistant coating onto cutting tool
RU2267555C2 (en) Method for applying wear resistant coating onto cutting tool
RU2214892C1 (en) Cutting tool with multilayer coating
RU2269606C1 (en) Method for applying wear-resistant coating onto cutting tool
RU31240U1 (en) Multilayer cutting tools

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051112

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051112

RZ4A Other changes in the information about an invention