RU2297470C1 - Cutting tool multi-layer coating application method - Google Patents

Cutting tool multi-layer coating application method Download PDF

Info

Publication number
RU2297470C1
RU2297470C1 RU2005134137/02A RU2005134137A RU2297470C1 RU 2297470 C1 RU2297470 C1 RU 2297470C1 RU 2005134137/02 A RU2005134137/02 A RU 2005134137/02A RU 2005134137 A RU2005134137 A RU 2005134137A RU 2297470 C1 RU2297470 C1 RU 2297470C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
coating
applying
layer
cutting tool
Prior art date
Application number
RU2005134137/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Табаков (RU)
Владимир Петрович Табаков
Алексей Валерьевич Циркин (RU)
Алексей Валерьевич Циркин
Алексей Валерьевич Чихранов (RU)
Алексей Валерьевич Чихранов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2005134137/02A priority Critical patent/RU2297470C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2297470C1 publication Critical patent/RU2297470C1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

FIELD: processes for applying wear-resistant coatings onto cutting tools by vacuum-plasma method, possibly at metal working industry branches.
SUBSTANCE: method comprises steps of applying layers of multi-layer coating with use of three cathodes horizontally arranged in the same plane; placing two cathodes of titanium one opposite to other and placing composite electrode of titanium and molybdenum between them; applying lower layer of titanium nitride at temperature 620°C ± 10°C; applying upper layer of titanium nitride and molybdenum at temperature 550°C ± 10°C.
EFFECT: improved working capacity of cutting tool, enhanced quality of working by such tool.
1 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.The invention relates to methods for applying wear-resistant coatings to a cutting tool and can be used in metalworking.

Известен способ получения покрытия для режущего инструмента (РИ), при котором на его поверхность вакуумно-дуговым методом наносят покрытие из нитрида титана (TiN) или карбонитрида титана (TiCN) (см. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 122 с.). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе покрытия, обладающие хорошей адгезией к инструментальному материалу, имеют относительно низкую твердость и уровень сжимающих напряжений, либо имеют высокую микротвердость, но недостаточную прочность сцепления с инструментальной основой. В результате этого покрытие легко подвергается абразивному износу, в нем быстро зарождаются и распространяются трещины, приводящие к разрушению покрытия, что снижает стойкость РИ с покрытием.A known method of obtaining a coating for a cutting tool (RI), in which a vacuum-arc method is applied to a coating of titanium nitride (TiN) or titanium carbonitride (TiCN) (see Tabakov V.P. Performance of a cutting tool with wear-resistant coatings based on complex nitrides and titanium carbonitrides. Ulyanovsk: UlSTU, 1998. 122 p.). The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method include the fact that in the known method, coatings having good adhesion to the tool material have relatively low hardness and level of compressive stresses, or have high microhardness, but insufficient adhesion to the tool basis. As a result of this, the coating easily undergoes abrasive wear, and cracks are rapidly generated and propagate in it, leading to the destruction of the coating, which reduces the resistance of the RI with the coating.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий химическое нанесение многослойного покрытия, состоящего из нижнего слоя нитрида титана TiN и верхнего слоя карбонитрида титана TiCN (см. Смирнов М.Ю. Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкций износостойких покрытий. Дисс...канд. техн. наук., - Ульяновск. - 2000. - 232 с.), принятый за прототип.The closest method of the same purpose to the claimed invention according to a combination of features is a method for producing a multilayer coating for a cutting tool, including the chemical deposition of a multilayer coating consisting of a lower layer of titanium nitride TiN and an upper layer of titanium carbonitride TiCN (see Smirnov M.Yu. end mills by improving the design of wear-resistant coatings. Diss ... candidate of technical sciences., - Ulyanovsk. - 2000. - 232 p.), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе многослойное покрытие содержит слои нитрида и карбонитрида титана, обладающие низкой прочностью сцепления с инструментальной основой и друг с другом и низкой износостойкостью и трещиностойкостью. В результате покрытие плохо сопротивляется процессам износа и разрушения и быстро разрушается при резании.For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method adopted as a prototype, the multilayer coating in the known method contains layers of titanium nitride and carbonitride having low adhesion strength to the tool base and to each other and low wear and crack resistance . As a result, the coating poorly resists the processes of wear and tear and quickly collapses when cutting.

Повышение в последнее время стоимости металлорежущего инструмента и ужесточение требований к точности обрабатываемых деталей сделало еще более актуальной проблему повышения стойкости РИ. Основной причиной разрушения покрытия является возникновение трещин из-за деформации режущего клина и адгезионно-усталостных явлений, являющихся причиной появления выкрашиваний материала ИП на контактных площадках. Причем для многослойных покрытий наблюдается расслоение слоев под воздействием сходящей стружки. Одним из путей повышения стойкости и работоспособности РИ с покрытием является нанесение покрытий многослойного типа, позволяющих распределить функции между слоями. Для повышения прочности сцепления покрытия с инструментальной основой оно должно иметь в своем составе слои с повышенными адгезионными свойствами. Для увеличения прочности адгезии покрытия и инструментальной основы можно использовать осаждение слоев при различной температуре конденсации. Повысить трещиностойкость и износостойкость можно путем нанесения слоев с высокими остаточными сжимающими напряжениями и высокой микротвердостью.Recently, the increase in the cost of metal-cutting tools and stricter requirements for the accuracy of machined parts made the problem of increasing the resistance of radiation sources even more urgent. The main reason for the destruction of the coating is the occurrence of cracks due to deformation of the cutting wedge and adhesive-fatigue phenomena, which are the cause of the occurrence of spalling of the IP material on the contact pads. Moreover, for multilayer coatings, layer separation is observed under the influence of descending chips. One of the ways to increase the resistance and performance of coated RIs is by applying multilayer coatings, which allow distributing functions between the layers. To increase the adhesion strength of the coating to the instrumental base, it should include layers with enhanced adhesive properties. To increase the adhesion strength of the coating and the tool base, layer deposition at different condensation temperatures can be used. It is possible to increase crack resistance and wear resistance by applying layers with high residual compressive stresses and high microhardness.

Технический результат - повышение работоспособности РИ и качества обработки.The technical result is an increase in the health of the Republic of Ingushetia and the quality of processing.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе на рабочие поверхности РИ вакуумно-дуговым методом наносится многослойное покрытие.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method on the working surfaces of the RI by a vacuum-arc method, a multilayer coating is applied.

Особенность заявляемого способа заключается в том, что нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, причем используют два противоположно расположенных катода из титана и расположенный между ними составной катод из титана и молибдена, при этом нижний слой покрытия наносят из нитрида титана при температуре 620±10°С, а верхний - из нитрида титана и миолибдена при температуре 550±10°С. Высокая температура конденсации нижнего слоя позволяет повысить прочность сцепления покрытия с инструментальной основой. В то же время верхний слой обладает высокой твердостью, остаточными сжимающими напряжениями и износостойкостью. Компоновка установки для нанесения покрытия TiN-TiMoN включает два противоположно расположенных катода из титана (сплав марки ВТ1-0) и один составной катод, имеющий корпус из титана и молибденовую вставку.A feature of the proposed method lies in the fact that the deposition of coating layers is carried out horizontally arranged by three cathodes, using two oppositely arranged cathodes made of titanium and a composite cathode made of titanium and molybdenum between them, while the lower coating layer is applied from titanium nitride at a temperature 620 ± 10 ° С, and the upper one is made of titanium nitride and myolybdenum at a temperature of 550 ± 10 ° С. The high condensation temperature of the lower layer allows to increase the adhesion strength of the coating to the tool base. At the same time, the top layer has high hardness, residual compressive stresses and wear resistance. The layout of the TiN-TiMoN coating system includes two oppositely located titanium cathodes (VT1-0 alloy) and one composite cathode having a titanium housing and a molybdenum insert.

Сущность изобретения заключается в следующем. В покрытии при резании происходят процессы трещинообразования, приводящие к его разрушению. Кроме этого из-за недостаточной прочности сцепления с инструментальной основой возможно разрушение последнего в результате адгезионно-усталостных явлений на контактных площадках. В этих условиях покрытие должно иметь слоистую структуру с участками разной твердости для торможения трещин. Нижний слой покрытия должен обладать высокой адгезией с инструментальным материалом. Верхний слой должен обладать высокой твердостью и сжимающими напряжениями для повышения износо- и трещиностойкости.The invention consists in the following. During cutting, cracking processes occur in the coating, leading to its destruction. In addition, due to insufficient adhesion to the instrumental base, the latter can be destroyed as a result of adhesive-fatigue phenomena on the contact pads. Under these conditions, the coating should have a layered structure with areas of different hardness to inhibit cracks. The bottom layer of the coating must have high adhesion to the tool material. The top layer must have high hardness and compressive stresses to increase wear and crack resistance.

Пластины с покрытиями, полученные с отклонениями от указанной технологии получения, показали более низкие результаты.Coated plates obtained with deviations from the indicated production technology showed lower results.

Для экспериментальной проверки заявленного способа было нанесено покрытие-прототип с соотношением слоев, соответствующим оптимальному значению, указанному в известном способе, а также трехслойное покрытие по предлагаемому способу. Покрытия наносили на твердосплавные пластины в вакуумной камере установки "Булат-6Т", снабженной тремя вакуумно-дуговыми испарителями, расположенными горизонтально в одной плоскости.For experimental verification of the claimed method, a prototype coating was applied with a layer ratio corresponding to the optimal value specified in the known method, as well as a three-layer coating according to the proposed method. The coatings were applied to carbide plates in the vacuum chamber of the Bulat-6T installation, equipped with three vacuum-arc evaporators located horizontally in the same plane.

Ниже приведен конкретный пример осуществления предлагаемого способа.The following is a specific example of the proposed method.

Пример нанесения покрытия TiN-TiMoN толщиной 6 мкм.An example of a coating of TiN-TiMoN with a thickness of 6 μm.

Твердосплавные пластины МК8 (размером 4,7×12×12 мм) промывают в ультразвуковой ванне, протирают ацетоном, спиртом и устанавливают на поворотном устройстве в вакуумной камере установки "Булат-6", снабженной тремя испарителями, расположенными горизонтально в одной плоскости. Используются два испарителя из титана, один - составной из титана и молибдена. Камеру откачивают до давления 6,65·10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают один испаритель и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 560-580°С. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем повышают отрицательное напряжение до 220 В, включают два испарителя из титана, подают в камеру реакционный газ - азот и осаждают покрытие толщиной 2,0 мкм (слой TiN) в течение 12 мин. Второй слой TiMoN толщиной 4 мкм наносят при отрицательном напряжении 140 В, токе катушек 0,3 А и всех включенных испарителях в течение 24 мин. Затем отключают испарители, подачу реакционного газа, напряжение и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывают и извлекают инструмент с покрытием.MK8 carbide inserts (4.7 × 12 × 12 mm in size) are washed in an ultrasonic bath, wiped with acetone, alcohol and mounted on a rotary device in the vacuum chamber of the Bulat-6 installation equipped with three evaporators located horizontally in the same plane. Two titanium evaporators are used, one is a composite of titanium and molybdenum. The chamber is pumped out to a pressure of 6.65 · 10 -3 Pa, the rotary device is turned on, a negative voltage of 1.1 kV is applied to it, one evaporator is turned on, and at an arc current of 100 A, the plates are cleaned and heated to a temperature of 560-580 ° C. The focusing coil current was 0.4 A. Then the negative voltage was increased to 220 V, two evaporators made of titanium were turned on, reaction gas — nitrogen was supplied to the chamber, and a coating with a thickness of 2.0 μm (TiN layer) was deposited for 12 minutes. A second layer of TiMoN with a thickness of 4 μm is applied at a negative voltage of 140 V, a coil current of 0.3 A and all evaporators turned on for 24 minutes. Then shut off the evaporators, the supply of reaction gas, voltage and rotation of the device. After 15-20 minutes, the chamber is opened and the coated tool is removed.

Стойкостные испытания проводили на токарном станке модели 1К62 резцами со сменными многогранными пластинами из твердого сплава МК8 при обработке заготовок из конструкционной стали 5XНМ. Испытывали твердосплавные пластины марки МК8, обработанные по известному и предлагаемому способам. Критерием износа служила фаска износа по задней поверхности шириной 0,4 мм.Durability tests were carried out on a model 1K62 lathe with cutters with replaceable polyhedral MK8 carbide inserts when machining workpieces made of 5XНМ structural steel. Tested carbide inserts grade MK8, processed according to the known and proposed methods. The wear criterion was a chamfer of wear along the back surface with a width of 0.4 mm.

Как видно из приведенных в табл.1 данных, стойкость пластин, обработанных по предлагаемому способу, выше износостойкости пластин, обработанных по способу-прототипу в 1,9 раза.As can be seen from the data in table 1, the resistance of the plates processed by the proposed method is higher than the wear resistance of the plates processed by the prototype method by 1.9 times.

Таблица 1
Результаты испытаний РИ с покрытием
Table 1
Coated RI Test Results
№ ппNo pp Материал покрытияCoating material Толщина слоев покрытия, мкмThe thickness of the coating layers, microns Стойкость, минResistance, min ПримечаниеNote 1 слой1 layer 2 слой2 layer 1one 22 33 4four 66 77 Обрабатываемый материал - 5XНМ, V=200 м/мин, S=0,15 мм/мин, t=1,5 ммThe processed material - 5XNM, V = 200 m / min, S = 0.15 mm / min, t = 1.5 mm 1one TiNTiN 66 -- 4545 АналогAnalogue 22 TiN-TiCNTiN-TiCN 22 4four 131131 ПрототипPrototype 33 TiN-TiMoNTiN-TiMoN 22 4four 253253 -- 1. Инструментальный материал - МК81. Tool material - MK8

Claims (1)

Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение слоев покрытия, отличающийся тем, что нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, причем используют два противоположно расположенных катода из титана и расположенный между ними составной катод из титана и молибдена и наносят при этом нижний слой из нитрида титана при температуре 620±10°С, а верхний - из нитрида титана и молибдена при температуре 550±10°C.A method of producing a multilayer coating for a cutting tool, comprising vacuum-plasma coating layers, characterized in that the coating layers are applied horizontally in the same plane by three cathodes, using two oppositely arranged cathodes of titanium and a composite cathode of titanium and molybdenum located between them and a lower layer of titanium nitride is applied at a temperature of 620 ± 10 ° C, and a top layer of titanium nitride and molybdenum at a temperature of 550 ± 10 ° C.
RU2005134137/02A 2005-11-03 2005-11-03 Cutting tool multi-layer coating application method RU2297470C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005134137/02A RU2297470C1 (en) 2005-11-03 2005-11-03 Cutting tool multi-layer coating application method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005134137/02A RU2297470C1 (en) 2005-11-03 2005-11-03 Cutting tool multi-layer coating application method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2297470C1 true RU2297470C1 (en) 2007-04-20

Family

ID=38036860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005134137/02A RU2297470C1 (en) 2005-11-03 2005-11-03 Cutting tool multi-layer coating application method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2297470C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644094C1 (en) * 2016-12-13 2018-02-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" METHOD OF OBTAINING ADAPTIVE WEAR-RESISTANT Ti-Al-Mo-N COATING FOR PROTECTING FROM WEARING IN VARIABLE FREQUENCY CONDITIONS
RU2774506C1 (en) * 2021-12-06 2022-06-21 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" Cutting insert and cutter for its use

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СМИРНОВ М.Ю. Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкций износостойких покрытий. Автореферат диссерт. к.т.н. Ульяновск, 2000, с.12-17. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644094C1 (en) * 2016-12-13 2018-02-07 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" METHOD OF OBTAINING ADAPTIVE WEAR-RESISTANT Ti-Al-Mo-N COATING FOR PROTECTING FROM WEARING IN VARIABLE FREQUENCY CONDITIONS
RU2774506C1 (en) * 2021-12-06 2022-06-21 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" Cutting insert and cutter for its use

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2269604C1 (en) Method for applying multi-layer coating onto cutting tool
RU2306365C1 (en) Method of application of multi-layer coat for cutting tools
RU2266976C1 (en) Method of application of multi-layer coat on cutting tools
RU2269605C1 (en) Method for applying multi-layer coating onto cutting tool
RU2278905C2 (en) Method of production of the multilayer coating for the cutting tool
RU2330121C1 (en) Method of preparation of multi-layer coating for cutting tool
RU2330111C1 (en) Method of preparation of multi-layer coating for cutting tool
RU2297470C1 (en) Cutting tool multi-layer coating application method
RU2330115C1 (en) Method of preparation of multi-layer coating for cutting tool
RU2330112C1 (en) Method of preparation of multi-layer coating for cutting tool
RU2296812C1 (en) Method of forming multi-layer coat for cutting tools
RU2269602C1 (en) Method for applying multi-layer coating onto cutting tool
RU2297469C1 (en) Method for deposition of multi-layer coating onto cutting tool
RU2297473C1 (en) Method for deposition of multi-layer coating onto cutting tool
RU2294980C1 (en) Method of production of multi-layer coat for cutting tools
RU2324002C1 (en) Method of production of multy layer cover for cutting instrument
RU2327809C1 (en) Method for preparation of multi-layer coating for cutting tool
RU2269601C1 (en) Method for applying multi-layer coating on cutting tool
RU2272087C2 (en) Method of production of the multilayered coating for the cutting tools
RU2268321C1 (en) Method of making multi-layer coat for cutting tools
RU2297472C1 (en) Method for deposition of multi-layer coating on cutting tool
RU2330117C1 (en) Method of preparation of multi-layer coating for cutting tool
RU2330107C1 (en) Method of preparation of multi-layer coating for cutting tool
RU2311489C1 (en) Method of deposition of the multilayer coating for the cutting tools
RU2267554C2 (en) Method for applying wear resistant coating onto cutting tool

Legal Events

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

Effective date: 20071104