RU2259407C1 - Способ повышения износостойкости твердосплавного инструмента или изделия - Google Patents
Способ повышения износостойкости твердосплавного инструмента или изделия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2259407C1 RU2259407C1 RU2003136215/02A RU2003136215A RU2259407C1 RU 2259407 C1 RU2259407 C1 RU 2259407C1 RU 2003136215/02 A RU2003136215/02 A RU 2003136215/02A RU 2003136215 A RU2003136215 A RU 2003136215A RU 2259407 C1 RU2259407 C1 RU 2259407C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear
- hardware products
- carbide
- wear resistance
- tools
- Prior art date
Links
Landscapes
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области обработки износостойких изделий инструментального назначения и может быть использовано для повышения ресурса работы инструментов, деталей машин и механизмов, работающих в условиях резания, трения и абразивного износа. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости твердосплавного инструмента или изделия преимущественно из безвольфрамового металлокерамического сплава на основе карбида титана и никельхромовой связки (TiC-NiCr) почти в 2 раза. Указанный технический результат достигается тем, что проводят обработку рабочих поверхностей инструмента или изделия импульсным сильноточным электронным пучком с длительностью импульса 2-3 мкс, энергией электронов 10-30 кэВ, плотностью энергии 4,5-5,5 Дж/см2 и числом импульсов от 10 до 30. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области износостойких изделий из безвольфрамовых металлокерамических сплавов на основе карбида титана с металлической связкой, а более точно касается способов повышения износостойкости этих изделий инструментального назначения, и может быть использовано для повышения ресурса работы инструментов, деталей машин и механизмов, работающих в условиях резания, трения и абразивного износа.
Известны способы упрочнения стальных изделий путем многократного нагрева их поверхности до температуры закалки импульсами сильноточного электронного пучка [патент RU № 2009272, С 23 С 10/60, С 21 D 1/09, 1992; патент RU № 2048606, C 23 C 10/60, С 21 D 1/09, 1992]. Но они неприемлемы для решения нашей задачи.
Известен способ поверхностной обработки изделий из конструкционных сплавов, преимущественно нержавеющих сталей и алюминиевых сплавов, включающий облучение рабочих поверхностей изделий импульсным сильноточным пучком заряженных частиц микросекундной длительности с энергией электронов не более 40 кэВ, плотности энергии 10-20 Дж/см2 и числом импульсов не более 10.5 [патент RU № 2125615, С 21 D 1/09, 1998].
Недостатком известного способа является то, что он неприемлем для обработки безвольфрамовых металлокерамических сплавов на основе карбида титана с металлической связкой из-за высокой плотности энергии в электронном пучке, что приводит к разупрочнению поверхности безвольфрамовых твердых сплавов.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ упрочнения твердосплавного инструмента преимущественно на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой (WC-Co) и карбида вольфрама с карбидом титана с кобальтовой связкой (WC-TiC-Co), включающий облучение рабочих поверхностей инструмента импульсным сильноточным электронным пучком с длительностью импульса 2-3 мкс, с энергией электронов 10-30 кэВ, плотностью энергии в интервале 0,8-5 Дж/см2 и числом импульсов в серии 5-10. После облучения осуществляют отжиг инструмента в вакууме при 850-950°С в течение 1,5-2 часа [патент RU № 2118381, С 21 D 1/09, B 22 F 3/24, 1997].
Недостатком известного способа является то, что указанные в нем режимы облучения, применимые для упрочнения твердых сплавов типа ВК и ТК, не позволяют повысить износостойкость безвольфрамового металлокерамического сплава на основе карбида титана и никельхромовой связки. Данный твердый сплав широко применяется в промышленности для изготовления износостойкого режущего инструмента, работающего в условиях абразивного износа [патент RU № 2093309, 20.10.1997, Бюл. № 29].
Задачей настоящего изобретения является разработка способа повышения износостойкости твердосплавного инструмента или изделия, преимущественно из безвольфрамового металлокерамического сплава на основе карбида титана и никельхромовой связки (TiC-NiCr) путем обработки рабочей поверхности изделия или инструмента импульсным электронным пучком. Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить износостойкость безвольфрамовой металлокерамики почти в 2 раза.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе повышения износостойкости твердосплавного инструмента или изделия преимущественно из безвольфрамового металлокерамического сплава на основе карбида титана с никельхромовой связкой проводят облучение рабочей поверхности инструмента или изделия импульсным сильноточным электронным пучком с длительностью импульса 2-3 мкс, энергией электронов 10-30 кэВ, плотностью энергии 4,5-5,5 Дж/см2 и числом импульсов от 10 до 30.
Сущность изобретения заключается в том, что для повышения износостойкости безвольфрамового металлокерамического сплава на основе карбида титана с никельхромовой связкой необходимую плотность энергии (Es) и число импульсов (N) выбирают в таком интервале, чтобы за время обработки происходило частичное взаимное жидкофазное растворение карбидной и связующей фаз на межфазных границах, но отсутствовало полное растворение крабидных частиц в связке и не возникали микротрещины в поверхностном слое.
Выбор рабочего интервала плотностей энергии и количества импульсов электронного пучка основан на результатах экспериментального исследования микроструктуры поверхности и поперечного сечения, например, металлокерамических пластин до и после электронной обработки и стойкости этих пластин в режиме резания металла (стали 45) в зависимости от величины суммарной энергии электронного облучения (плотность энергии пучка, умноженная на количество импульсов электронного облучения). Проведенные исследования показали, что при малых значениях суммарной энергии электронного облучения, в результате высокоскоростного разогрева тонкого приповерхностного слоя металлокерамики и большого различия в величинах коэффициентов термического расширения металла-связки и частиц карбида титана происходит растрескивание частиц карбида, падает механическая прочность металлокерамической пластины и снижается ее стойкость в режиме резания металла. При достижении некоторых средних значений суммарной энергии электронного облучения, нагретый в приповерхностном слое пластины до более высоких температур, расплав металлической связки заполняет трещины в частицах карбида, создавая металлическое покрытие вокруг каждой уже менее крупной частицы карбида. Стойкость металлокерамической пластины в режиме резания металла при этом заметно увеличивается.
Дальнейшее увеличение суммарной энергии приводит к растворению острых углов частиц карбида неравноосной формы, уплотнению карбидных частиц в приповерхностном слое (объемное содержание карбидных частиц в приповерхностном слое толщиной до 130 мкм увеличивается примерно на 4-5%). В металлической связке приповерхностного слоя в несколько раз повышается содержание титана и углерода (за счет частичного растворения карбидных частиц в расплаве металлической связки). В результате стойкость металлокерамической пластины в режиме резания металла значительно увеличивается и достигает максимального значения, превышающего стойкость металлокерамической пластины в исходном (до облучения электронами) состоянии примерно в 2 раза. Последующее увеличение суммарной энергии электронного облучения приводит к еще большему повышению температуры расплава металлической связки непосредственно на поверхности металлокерамической пластины, частицы карбида этого слоя поверхности в значительной мере растворяются в расплаве металла-связки, содержание карбидных частиц на поверхности пластины резко снижается. В результате стойкость пластины в режиме резания металла также заметно уменьшается.
На чертеже представлены фотографии, на которых изображена металлографическая структура поверхности металлокерамических образцов в исходном состоянии а) и после обработки электронным пучком в различных режимах: б)-2 Дж/см2, N=5; в)-3 Дж/см2, N=5; г)-6 Дж/см2, N=5; д)-5 Дж/см2, N=30; е)-6 Дж/см2, N=33. Стрелками на б) показаны микротрещины в частицах карбида титана.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Режущие пластины (образцы) из безвольфрамовой металлокерамики на основе карбида титана с никельхромовой связкой размером 12X12X4 мм с отполированной до металлографического класса чистоты поверхностью помещали в рабочую камеру электронно-лучевой установки. Отполированные поверхности облучали электронным пучком с длительностью импульса 2-3 мкс, энергией электронов 10-30 кэВ, плотностью энергии 1,5-8 Дж/см2 и количеством импульсов от 1 до 33. После облучения исследовали микроструктуру поверхности и поперечного сечения пластин и стойкость пластин в режиме резания металла (сталь 45). Стойкость пластин на стадии нормального изнашивания оценивали по ширине площадки износа на задней поверхности h3 (h3=0,8 мм) при токарной обработке стали при скорости резания 102 м/мин, подаче резца 0,28 мм/об, глубине резания 1 мм, переднем угле -6°, заднем угле 6°, переднем угле в плане 45°, вспомогательном угле в плане 45°.
Таблица | |||
Результаты измерения износостойкости режущих пластин из твердого сплава TiC-50 вес.% с никельхромовой связкой до и после облучения импульсным электронным пучком. | |||
Номер пластины | Плотность энергии, Es, Дж/см2 |
Число импульсов, N | Путь резания, м |
1. | - | - | 333.6 |
2. | 1.5 | 1 | 162 |
3. | 2 | 5 | 122 |
4. | 3 | 5 | 112 |
5. | 4 | 5 | 167 |
6. | 6 | 5 | 162 |
7. | 8 | 5 | 230 |
8. | 5 | 10 | 385 |
9. | 5.5 | 20 | 505 |
10. | 4.5 | 30 | 482 |
11. | 5 | 30 | 652 |
12. | 6 | 33 | 335 |
Из таблицы видно, что при малом числе импульсов (1-5), независимо от плотности энергии пучка в интервале от 1.5 до 8 Дж/см2, стойкость инструмента ниже, чем в исходном состоянии (333.6 м). Снижение стойкости объясняется возникновением микротрещин на поверхности образцов, облученных в данных режимах (фиг.б, в, г). При плотности энергии пучка от 4.5 до 5.5 Дж/см2 и числе импульсов от 10 до 30 путь резания увеличивается (см. таблицу п. №8-10) по сравнению с исходным. Увеличение стойкости режущего пластины объясняется формированием в поверхностном слое равномерной, без признаков трещинообразования микроструктуры. При плотности энергии пучка 5 Дж/см2 и числе импульсов N=30 путь резания достигает до 652 м, стойкость инструмента возрастает примерно в 2 раза по сравнению с исходной (см. таблицу п. №11). Увеличение стойкости режущей пластины объясняется формированием оптимальной микроструктуры, в которой произошло частичное взаимное жидкофазное растворение карбидной и связующей фаз на межфазных границах и частично оплавленные кристаллы карбида титана прочно закреплены в связующей фазе (фиг.д). Дальнейшее увеличение плотности энергии (при N=33) приводит к практически полному растворению карбидных частиц в связующей фазе и формированию сетки микротрещин и отдельных микрократеров (фиг.е). Наличие микротрещин и микрократеров, являющихся концентраторами напряжений, приводит к снижению износостойкости режущего инструмента примерно до исходного уровня (см. таблицу п. № 12).
Claims (1)
- Способ повышения износостойкости твердосплавного инструмента или изделия, преимущественно из безвольфрамового металлокерамического сплава на основе карбида титана с никельхромовой связкой, включающий облучение рабочей поверхности инструмента или изделия импульсным сильноточным электронным пучком с длительностью импульса 2-3 мкс и энергией электронов 10-30 кэВ, отличающийся тем, что плотность энергии электронного пучка составляет 4,5-5,5 Дж/см2, а количество импульсов от 10 до 30.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003136215/02A RU2259407C1 (ru) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Способ повышения износостойкости твердосплавного инструмента или изделия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003136215/02A RU2259407C1 (ru) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Способ повышения износостойкости твердосплавного инструмента или изделия |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003136215A RU2003136215A (ru) | 2005-07-27 |
RU2259407C1 true RU2259407C1 (ru) | 2005-08-27 |
Family
ID=35842957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003136215/02A RU2259407C1 (ru) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Способ повышения износостойкости твердосплавного инструмента или изделия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2259407C1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2457261C1 (ru) * | 2011-06-14 | 2012-07-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия |
RU2459887C1 (ru) * | 2011-07-21 | 2012-08-27 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Физики Прочности И Материаловедения Сибирского Отделения Ран (Ифпм Со Ран) | Металлокерамический сплав на основе карбида титана и металлического связующего с модифицированной структурой поверхностного слоя |
RU2462516C2 (ru) * | 2010-11-13 | 2012-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова" | Способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов |
RU2501865C1 (ru) * | 2012-08-09 | 2013-12-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Способ упрочнения изделий из твердых сплавов |
CN103789524A (zh) * | 2014-01-06 | 2014-05-14 | 沈阳理工大学 | 硬质合金涂层刀具的强流脉冲电子束表面处理方法 |
RU2746265C1 (ru) * | 2020-11-18 | 2021-04-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭ СО РАН) | Способ генерации электронного пучка для электронно-пучковой обработки поверхности металлических материалов |
-
2003
- 2003-12-15 RU RU2003136215/02A patent/RU2259407C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2462516C2 (ru) * | 2010-11-13 | 2012-09-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова" | Способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов |
RU2457261C1 (ru) * | 2011-06-14 | 2012-07-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия |
RU2459887C1 (ru) * | 2011-07-21 | 2012-08-27 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Физики Прочности И Материаловедения Сибирского Отделения Ран (Ифпм Со Ран) | Металлокерамический сплав на основе карбида титана и металлического связующего с модифицированной структурой поверхностного слоя |
RU2501865C1 (ru) * | 2012-08-09 | 2013-12-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Способ упрочнения изделий из твердых сплавов |
CN103789524A (zh) * | 2014-01-06 | 2014-05-14 | 沈阳理工大学 | 硬质合金涂层刀具的强流脉冲电子束表面处理方法 |
RU2746265C1 (ru) * | 2020-11-18 | 2021-04-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭ СО РАН) | Способ генерации электронного пучка для электронно-пучковой обработки поверхности металлических материалов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003136215A (ru) | 2005-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100653001B1 (ko) | 절삭공구용 경질피막, 경질피막 피복 절삭공구, 경질피막의제조방법 및 경질피막 형성용 타겟 | |
CN108883469B (zh) | 硬质合金体的表面硬化 | |
Kumari et al. | Ceramic-metal composite coating on steel using a powder compact tool electrode by the electro-discharge coating process | |
CH661885A5 (de) | Schneidwerkzeug mit einem werkzeugkoerper und verfahren zur herstellung dieses werkzeuges. | |
RU2259407C1 (ru) | Способ повышения износостойкости твердосплавного инструмента или изделия | |
Tijo et al. | Hard and wear resistance TiC-composite coating on AISI 1020 steel using powder metallurgy tool by electro-discharge coating process | |
Pandey et al. | Electrical machining characteristics of cemented carbides | |
JP2003211304A (ja) | 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 | |
Cheng et al. | Additive manufacturing of Ti-6Al-4V alloy by hybrid plasma-arc deposition and microrolling: Grain morphology, microstructure, and tensile properties | |
RU2457261C1 (ru) | Способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия | |
Kushwaha et al. | Assessment of surface integrity during electrical discharge machining of titanium grade 5 Alloys (Ti-6Al-4V) | |
DE2008461B2 (de) | Eutektisch erstarrte karbidhartlegierung | |
Samotugin et al. | The influence of plasma surface modification process on the structure and phase composition of cutting-tool hardmetals | |
RU2584366C1 (ru) | Способ импульсного электронно-ионно-плазменного упрочнения твердосплавного инструмента или изделия | |
Dobrzański et al. | Structure and properties of the 32CrMoV12-28 steel alloyed with WC powder using HPDL laser | |
JP5287126B2 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
Fedorov et al. | Special features of electron-beam alloying of replaceable polyhedral hard-alloy plates under a complex surface treatment | |
Dobrzañski et al. | Mechanical properties of the surface layer of the laser alloyed 32CrMoV12-28 steel | |
RU2338798C1 (ru) | Способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия | |
Dobrzański et al. | Modelling of surface layer of the 31CrMoV12-18 tool steel using HPDL laser for alloying with TiC powder | |
RU2736288C1 (ru) | Способ восстановления рабочей металлокерамической поверхности деталей и изделий | |
JP2009172697A (ja) | 高速断続重切削加工ですぐれた耐欠損性、耐熱亀裂性、耐摩耗性を示すwc基超硬合金製切削工具 | |
RU2459887C1 (ru) | Металлокерамический сплав на основе карбида титана и металлического связующего с модифицированной структурой поверхностного слоя | |
RU2360768C2 (ru) | Способ получения биметаллического покрытия для рабочих органов почвообрабатывающего орудия | |
RU2640515C1 (ru) | Способ упрочнения лезвийной поверхности детали |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121216 |