RU2271265C1 - Tool for cutting or plastic working of metals - Google Patents

Tool for cutting or plastic working of metals Download PDF

Info

Publication number
RU2271265C1
RU2271265C1 RU2004116848/02A RU2004116848A RU2271265C1 RU 2271265 C1 RU2271265 C1 RU 2271265C1 RU 2004116848/02 A RU2004116848/02 A RU 2004116848/02A RU 2004116848 A RU2004116848 A RU 2004116848A RU 2271265 C1 RU2271265 C1 RU 2271265C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tool
copper
nickel
cutting
coating
Prior art date
Application number
RU2004116848/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004116848A (en
Inventor
Александр Григорьевич Соколов (RU)
Александр Григорьевич Соколов
Владимир Петрович Артемьев (RU)
Владимир Петрович Артемьев
Евгений Георгиевич Соколов (RU)
Евгений Георгиевич Соколов
Алексей Анатольевич Чалов (RU)
Алексей Анатольевич Чалов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ")
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ")
Priority to RU2004116848/02A priority Critical patent/RU2271265C1/en
Publication of RU2004116848A publication Critical patent/RU2004116848A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2271265C1 publication Critical patent/RU2271265C1/en

Links

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

FIELD: tool materials, namely tools for plastic working or cutting metals with strengthening coatings.
SUBSTANCE: tool includes hard alloy steel base with strengthening coating. Copper-nickel diffusion layer is used as strengthening coating; said layer is formed by diffusion saturation in melt of eutectic lead-lithium alloy to which copper and nickel are added. In variants of invention diffusion layer is formed in melt of eutectic lead-lithium alloy containing 5 - 10 mass % of copper and 2 - 3 mass % of nickel at temperature of diffusion saturation 1000 - 1200°C.
EFFECT: enhanced strength of tool, improved efficiency of process for plastic working or cutting metals.
2 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к инструментальным материалам, в частности, к инструменту для обработки металлов резанием и давлением с упрочняющими покрытиями.The invention relates to instrumental materials, in particular, to a tool for processing metals by cutting and pressure with reinforcing coatings.

Известен инструмент для обработки металлов резанием, представляющий собой неперетачиваемые пластины различных форм, выполненные из твердосплавных материалов с покрытием из нитрида титана, осажденным из газовой фазы [Витязь П.А., Дубровская Г.Н., Кириллюк Л.М. Газофазное осаждение покрытий из нитрида титана. - Минск: Наука и техника, 1983. - 96 с.]. В качестве твердосплавной основы может использоваться, например, сплав ВК6. Повышение стойкости инструмента достигается за счет высокой твердости покрытия. Инструмент имеет ряд недостатков. Слой нитрида титана является хрупким и изнашивается путем растрескивания и выкрашивания. Материал инструмента не обладает достаточно высокой теплопроводностью, что приводит к ограничению скорости резания.Known tool for processing metals by cutting, which is a non-turning plate of various shapes made of carbide materials coated with titanium nitride deposited from the gas phase [Vityaz PA, Dubrovskaya GN, Kirilluk L.M. Gas-phase deposition of titanium nitride coatings. - Minsk: Science and technology, 1983. - 96 p.]. As a carbide base, for example, VK6 alloy can be used. Increasing tool life is achieved due to the high hardness of the coating. The tool has several disadvantages. The titanium nitride layer is brittle and wears out by cracking and chipping. The tool material does not have a sufficiently high thermal conductivity, which leads to a limitation of the cutting speed.

Известен также инструмент для обработки металлов резанием, изготовленный из стали Р18, Р6М5, с цианированным поверхностным слоем, толщина которого составляет для резьбовых фрез и метчиков 10...15 мкм, для зенкеров и сверл 15...20 мкм [Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник/ Борисенок Г.В., Васильев Л.А., Ворошнин Л.Г. и др. - М.: Металлургия, 1981. - 427 с.]. Недостатками такого инструмента являются низкая теплопроводность и хрупкость цианированного слоя.Also known is a tool for metal cutting, made of steel P18, P6M5, with a cyanide surface layer, the thickness of which is for threaded mills and taps 10 ... 15 microns, for countersinks and drills 15 ... 20 microns [Chemical-thermal treatment of metals and alloys: Reference book / Borisenok G.V., Vasiliev L.A., Voroshnin L.G. and others - M .: Metallurgy, 1981. - 427 p.]. The disadvantages of this tool are low thermal conductivity and fragility of the cyanide layer.

Наиболее близким по достигаемому положительному эффекту является инструмент с покрытием на основе карбида (SiC) и диоксида (Si2O) кремния, полученным путем ионно-плазменного напыления [Камененва А.Л. Структура и свойства покрытий, получаемых в условиях низкотемпературного плазменного синтеза на быстрорежущих сталях и твердых сплавах: Автореф. дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. - Пермь: Пермский гос. технол. ун-т, 2002. - 20 с.]. В качестве основы используется сталь Р6М5, либо сплав ВК8. Положительный эффект достигается за счет того, что покрытие улучшает морфологию упрочняемой поверхности, уменьшает тепло-перенос в инструментальную матрицу, сдвигает процесс деформирования в область более высоких температур, способствуя сохранению прочности материала инструмента и уменьшению износа его режущей части. В результате стойкость инструмента возрастает в 1,4...3 раза. Инструмент имеет следующие недостатки. Оксидно-карбидное покрытие является хрупким и имеет недостаточно высокую прочность сцепления с основой, поэтому изнашивание инструментального материала происходит путем растрескивания и отслаивания покрытия. Материал не обладает достаточно высокой теплопроводностью, что приводит к ограничению скорости резания. Карбидные покрытия не обладают хорошей паяемостью, и это затрудняет крепление пластин на инструменте.The closest to the achieved positive effect is a tool with a coating based on carbide (SiC) and silicon dioxide (Si 2 O), obtained by ion-plasma spraying [Kamenenva A.L. The structure and properties of coatings obtained under conditions of low-temperature plasma synthesis on high-speed steels and hard alloys: Abstract. dis. for the competition degrees of cand. tech. sciences. - Perm: Perm state. technol. un-t, 2002. - 20 p.]. As a basis, P6M5 steel or VK8 alloy is used. A positive effect is achieved due to the fact that the coating improves the morphology of the hardened surface, reduces heat transfer to the tool matrix, shifts the deformation process to higher temperatures, helping to preserve the strength of the tool material and reduce wear on its cutting part. As a result, the tool life increases by 1.4 ... 3 times. The tool has the following disadvantages. The oxide-carbide coating is brittle and does not have a sufficiently high adhesion to the base, so the wear of the tool material occurs by cracking and peeling the coating. The material does not have a sufficiently high thermal conductivity, which leads to a limitation of the cutting speed. Carbide coatings do not have good solderability, and this makes it difficult to attach the plates to the tool.

Задачей изобретения является повышение стойкости инструмента и производительности процесса обработки металлов резанием и давлением.The objective of the invention is to increase the tool life and productivity of the metal processing by cutting and pressure.

Поставленная задача решается предлагаемым инструментом для обработки металлов резанием и давлением, включающим твердосплавную или стальную основу и упрочняющее покрытие, который, в отличие от известного, в качестве упрочняющего покрытия содержит медно-никелевый диффузионный слой, полученный путем диффузионного насыщения в расплаве эвтектики свинец-литий с добавкой меди и никеля. Расплав эвтектики свинец-литий содержит по массе 5...10% меди и 2...3% никеля. Температура диффузионного насыщения составляет 1000...1200°С.The problem is solved by the proposed tool for metal cutting and pressure, including carbide or steel base and hardening coating, which, in contrast to the known, as a hardening coating contains a copper-nickel diffusion layer obtained by diffusion saturation in a lead-lithium eutectic melt with copper and nickel additives. The lead-lithium eutectic melt contains 5 ... 10% copper and 2 ... 3% nickel by mass. The temperature of diffusion saturation is 1000 ... 1200 ° C.

Техническим результатом является снижение хрупкости металла инструмента и снижение температуры его рабочих поверхностей в процессе обработки металлов резанием.The technical result is to reduce the brittleness of the metal of the tool and lower the temperature of its working surfaces in the process of metal cutting.

Медно-никелевое покрытие, обладающее высокой теплопроводностью, обеспечивает интенсивный отвод тепла от рабочих поверхностей инструмента. За счет этого, например, при высоких скоростях резания материал не разупрочняется, и инструмент долгое время сохраняет износостойкость и режущие свойства. В процессе резания материал покрытия подвергается наклепу и интенсивно упрочняется, что препятствует истиранию поверхностного слоя. Кроме того, он обладает повышенной вязкостью, вследствие которой уменьшается склонность поверхностного слоя к растрескиванию и выкрашиванию.Copper-nickel coating, which has high thermal conductivity, provides intensive heat removal from the working surfaces of the tool. Due to this, for example, at high cutting speeds, the material does not soften, and the tool maintains wear resistance and cutting properties for a long time. During the cutting process, the coating material is hardened and intensely hardened, which prevents the abrasion of the surface layer. In addition, it has a high viscosity, due to which the tendency of the surface layer to cracking and chipping is reduced.

Наличие переходных диффузионных слоев обеспечивает прочность сцепления покрытия с основой, что исключает отслаивание покрытия в процессе эксплуатации, свойственное для напыленных покрытий.The presence of transitional diffusion layers ensures the adhesion of the coating to the base, which eliminates the peeling of the coating during operation, which is characteristic of sprayed coatings.

По коэффициенту линейного расширения медно-никелевые покрытия совместимы с большинством инструментальных сталей и сплавов. Это выгодно отличает предлагаемый материал от известных материалов с карбидными и нитридными покрытиями и позволяет инструменту работать в более жестких условиях.In terms of linear expansion coefficient, copper-nickel coatings are compatible with most tool steels and alloys. This distinguishes the proposed material from known materials with carbide and nitride coatings and allows the tool to work in more severe conditions.

Медно-никелевое покрытие обеспечивает хорошую паяемость, которая позволяет крепить твердосплавные пластины пайкой в отличие от пластин с карбидными и нитридными покрытиями. Твердосплавные пластины с медно-никелевыми покрытиями имеют хороший товарный вид. При износе покрытия возможно повторное его нанесение.Copper-nickel coating provides good solderability, which allows you to fasten carbide plates by soldering, in contrast to plates with carbide and nitride coatings. Carbide plates with copper-nickel coatings have a good presentation. If the coating is worn, it may be reapplied.

Пример 1. Инструмент для обработки металлов резанием в виде неперетачиваемой твердосплавной пластины из сплава ВК8 с диффузионным медно-никелевым покрытием. Нанесение медно-никелевого покрытия осуществляют путем диффузионного насыщения в жидкометаллической ванне, содержащей расплав эвтектики свинец-литий (по массе 99,25% Pb и 0,75% Li) с добавкой по массе 10% меди и 3% никеля. Температура насыщения составляет 1150°С, продолжительность выдержки 0,5 ч. В результате на поверхности твердосплавной основы получают медно-никелевое диффузионное покрытие толщиной 10...15 мкм.Example 1. A tool for processing metals by cutting in the form of a non-rotatable carbide alloy plate of VK8 alloy with a diffusion copper-nickel coating. The copper-nickel coating is applied by diffusion saturation in a liquid metal bath containing a lead-lithium eutectic melt (by weight 99.25% Pb and 0.75% Li) with the addition of 10% copper and 3% nickel by weight. The saturation temperature is 1150 ° C, the exposure time is 0.5 hours. As a result, a copper-nickel diffusion coating with a thickness of 10 ... 15 μm is obtained on the surface of the carbide base.

Наличие медно-никелевого покрытия на поверхности инструмента обеспечивает в процессе резания снижение температуры режущей кромки на 300°С и более в зависимости от обрабатываемого материала. Даже в случае износа покрытия на передней поверхности, при его сохранении на задней поверхности обеспечивается отвод тепла от режущей кромки. При точении алюминиевых сплавов не наблюдается схватывания обрабатываемого материала с поверхностью инструмента, которое свойственно для известных инструментальных материалов.The presence of a copper-nickel coating on the surface of the tool ensures a reduction in temperature of the cutting edge by 300 ° C or more, depending on the material being processed. Even in the case of wear of the coating on the front surface, while maintaining it on the rear surface, heat is removed from the cutting edge. When turning aluminum alloys, no setting of the processed material with the tool surface is observed, which is typical for known tool materials.

В результате нанесения диффузионных медно-никелевых покрытий стойкость инструмента возрастает на величину от 2 до 10 раз в зависимости от обрабатываемого материала.As a result of applying diffusion copper-nickel coatings, the tool life increases by 2 to 10 times depending on the material being processed.

Пример 2. Накатной ролик, устанавливаемый в гидромеханический скважинный перфоратор, предназначенный для создания перфорационных щелей в обсадных трубах нефтяных скважин. На поверхность накатного ролика, изготовленного из стали Х12М, в целях повышения его прочности, износостойкости и коррозионной стойкости наносят медно-никелевое диффузионное покрытие. Диффузионное насыщение проводят в расплаве эвтектики свинец-литий с добавкой по массе 10% меди и 3% никеля. Температура насыщения составляет 1100°С, продолжительность выдержки 0,5 ч. В результате на поверхности накатного ролика получают медно-никелевое диффузионное покрытие толщиной 25...30 мкм. Наличие медно-никелевого покрытия способствует увеличению стойкости накатного ролика до 3 раз по сравнению с инструментом без покрытия.Example 2. Roller mounted in a hydromechanical borehole perforator, designed to create perforations in the casing of oil wells. A copper-nickel diffusion coating is applied to the surface of a rolling roller made of X12M steel in order to increase its strength, wear resistance and corrosion resistance. Diffusion saturation is carried out in a lead-lithium eutectic melt with an addition by weight of 10% copper and 3% nickel. The saturation temperature is 1100 ° C, the exposure time is 0.5 hours. As a result, a copper-nickel diffusion coating 25 ... 30 μm thick is obtained on the surface of the rolling roller. The presence of a copper-nickel coating contributes to an increase in the resistance of the knurling roller up to 3 times in comparison with an uncoated tool.

Claims (2)

1. Инструмент для обработки металлов, содержащий твердосплавную или стальную основу с упрочняющим покрытием, отличающийся тем, что в качестве упрочняющего покрытия он содержит медно-никелевый диффузионный слой, полученный путем диффузионного насыщения в расплаве эвтектического сплава свинец-литий с добавками меди и никеля.1. A metal processing tool containing a carbide or steel base with a hardening coating, characterized in that it contains a copper-nickel diffusion layer as a hardening coating obtained by diffusion saturation in a molten eutectic lead-lithium alloy with copper and nickel additives. 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что диффузионный слой получен в расплаве эвтектического сплава свинец-литий, содержащем по массе 5-10% меди и 2-3% никеля, и температуре диффузионного насыщения 1000-1200°С.2. The tool according to claim 1, characterized in that the diffusion layer is obtained in the melt of the eutectic lead-lithium alloy containing 5-10% copper and 2-3% nickel by weight and diffusion saturation temperature of 1000-1200 ° C.
RU2004116848/02A 2004-06-03 2004-06-03 Tool for cutting or plastic working of metals RU2271265C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004116848/02A RU2271265C1 (en) 2004-06-03 2004-06-03 Tool for cutting or plastic working of metals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004116848/02A RU2271265C1 (en) 2004-06-03 2004-06-03 Tool for cutting or plastic working of metals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004116848A RU2004116848A (en) 2006-02-27
RU2271265C1 true RU2271265C1 (en) 2006-03-10

Family

ID=36113985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004116848/02A RU2271265C1 (en) 2004-06-03 2004-06-03 Tool for cutting or plastic working of metals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2271265C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451108C1 (en) * 2010-10-04 2012-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") Steel tool or carbide tool treatment method
RU2484180C2 (en) * 2011-07-05 2013-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановская государственная текстильная академия" (ИГТА) Method of reinforcement coating application
RU2509173C1 (en) * 2013-02-12 2014-03-10 ООО "Биметалл Плюс" Method of hard-alloy tool machining

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451108C1 (en) * 2010-10-04 2012-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") Steel tool or carbide tool treatment method
RU2484180C2 (en) * 2011-07-05 2013-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановская государственная текстильная академия" (ИГТА) Method of reinforcement coating application
RU2509173C1 (en) * 2013-02-12 2014-03-10 ООО "Биметалл Плюс" Method of hard-alloy tool machining

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004116848A (en) 2006-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101005435B1 (en) TiBN coating
JP2018521862A (en) Tool with multilayer arc PVD coating
JPS61167548A (en) Multilayer film
JP2007537968A (en) Al2O3 ceramic tool with diffusion bonding enhancement layer
JP4656473B2 (en) Coated tool for hot working with excellent lubricant adhesion and wear resistance
JP2006051510A (en) Member for casting
JP2002146515A (en) Hard film superior in slidableness and its coating tool
RU2271265C1 (en) Tool for cutting or plastic working of metals
KR101283955B1 (en) Machining tool
JP3390776B2 (en) Surface modification method for steel using aluminum diffusion dilution
Basavakumar et al. Influence of melt treatments and turning inserts on cutting force and surface integrity in turning of Al–12Si and Al–12Si–3Cu cast alloys
JP2008080353A (en) Member for casting
RU2599313C2 (en) Cutting tool with multilayer wear-resistant coating
JP3779948B2 (en) Hard coating tool
Basavakumar et al. Influence of melt treatments and turning inserts on cutting force and surface integrity in turning of Al–7Si and Al–7Si–2.5 Cu cast alloys
JP3679076B2 (en) Hard coating tool
JP3679078B2 (en) Hard coating tool
JP3779949B2 (en) Hard coating tool
JP3679077B2 (en) Hard coating tool
Park Research Article Chip Formation in the Machining of Al-Si/10% AlN Metal Matrix Composite by using a TiN-coated Carbide Tool
Chao et al. Study on extending tool life of micro WC drills by various protective coatings
JP3779951B2 (en) Hard coating tool
JP3009177B2 (en) Coated ceramic sintered body with excellent adhesion
RU148380U1 (en) CUTTING TOOL WITH MULTILAYER WEAR-RESISTANT COATING
JP4547656B2 (en) Coated tool for hot working with excellent lubricant adhesion and wear resistance

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20130213

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

Effective date: 20200604