RU2299927C1

RU2299927C1 - Method of preparing surface before applying ion-plasma coating

Info

Publication number: RU2299927C1
Application number: RU2005135760/02A
Authority: RU
Inventors: Станислав Иванович Богодухов (RU); Станислав Иванович Богодухов; Владимир Станиславович Гарипов (RU); Владимир Станиславович Гарипов; Александр Владимирович Попов (RU); Александр Владимирович Попов; Борис Михайлович Шейнин (RU); Борис Михайлович Шейнин; Евгений Александрович Шеин (RU); Евгений Александрович Шеин
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2007-05-27

Abstract

FIELD: powder metallurgy.

SUBSTANCE: method comprises heating the surface of the solid alloy by high-frequency currents up to a temperature of 1050-1100°C for 30-40 seconds and cooling in the argon environment down to a temperature of 400-450°C. The heating-cooling cycle is repeated five times according to the regimes presented.

EFFECT: enhanced reliability of coating.

2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, преимущественно к термической обработке металлов и сплавов, в частности к методам увеличения прочности сцепления ионно-плазменного покрытия к твердосплавным многогранным неперетачиваемым пластинам.The invention relates to the field of powder metallurgy, mainly to the heat treatment of metals and alloys, in particular to methods for increasing the adhesion strength of an ion-plasma coating to carbide multi-faceted non-turning plates.

Известен способ подготовки поверхности к нанесению покрытий [Табаков В.П., Полянсков Ю.В. Повышение стойкости режущего инструмента путем изменения адгезионно-прочностных свойств износостойкого покрытия. // Станки и инструмент. №3, 1990. - С.22-23], включающий в себя нагрев твердых сплавов до 900 -1100°С в вакууме с помощью бомбардировки поверхности ионами Ti и Cr, при этом повышается средняя прочность твердых сплавов за счет выравнивания микрорельефа поверхности и снижения количества концентраторов напряжений, а также повышается прочность сцепления покрытий к поверхности инструмента за счет повышения плотности поверхностных структурных дефектов.A known method of preparing the surface for coating [Tabakov VP, Polyanskov Yu.V. Increasing the resistance of the cutting tool by changing the adhesion-strength properties of the wear-resistant coating. // Machine tools and tools. No. 3, 1990. - P.22-23], which includes heating hard alloys to 900 -1100 ° C in vacuum by bombarding the surface with Ti and Cr ions, while increasing the average strength of hard alloys due to the alignment of the surface microrelief and lowering the number of stress concentrators, and also increases the adhesion strength of the coatings to the surface of the tool by increasing the density of surface structural defects.

Недостаток данного способа - незначительное повышение прочности на изгиб твердого сплава с недостаточным снижением шероховатости при ионной бомбардировке поверхности твердого сплава.The disadvantage of this method is a slight increase in the bending strength of the hard alloy with an insufficient decrease in roughness during ion bombardment of the surface of the hard alloy.

Техническим результатом является повышение прочности на изгиб твердого сплава и, следовательно, значительное снижение вероятности хрупкого разрушения твердосплавных резцов с покрытиями и повышение прочности сцепления покрытия с основой.The technical result is an increase in the flexural strength of the hard alloy and, therefore, a significant reduction in the likelihood of brittle fracture of carbide cutters with coatings and an increase in the adhesion strength of the coating to the substrate.

Заявленный технический результат достигается тем, что в способе подготовки поверхности перед нанесением покрытий, включающем нагрев поверхности до температуры 1050 - 1100°С, этот нагрев проводят токами высокой частоты в течение 30-40 секунд и охлаждают в среде аргона до температуры 400-450°С, повторяют нагрев - охлаждение по указанным режимам пять раз.The claimed technical result is achieved by the fact that in the method of preparing the surface before coating, comprising heating the surface to a temperature of 1050 - 1100 ° C, this heating is carried out by high frequency currents for 30-40 seconds and cooled in argon to a temperature of 400-450 ° C , repeat heating - cooling in the indicated modes five times.

Повышение прочности на изгиб твердых сплавов происходит вследствие создания на поверхности твердых сплавов сжимающих напряжений. При спекании твердых сплавов на поверхности возникают растягивающие напряжения, так как твердый сплав относится к хрупким материалам, то наличие растягивающих напряжений значительно снижает предел прочности на изгиб. Устранение растягивающих напряжений на поверхности и создание сжимающих может происходить при условии, что нагрев будет проводиться до температуры не менее 1000°С со скоростью не менее 30 град/сек, а охлаждение должно проходить в изолированной среде до температуры меньше 450°С, обусловленной аллотропическим переходом β-Со (α→β при 486°С), имеющего гранецентрированную элементарную ячейку, в α-Со, имеющего гексагональную плртноупакованную элементарную ячейку, идентичную с элементарной ячейкой WC.The increase in bending strength of hard alloys occurs due to the creation of compressive stresses on the surface of hard alloys. During sintering of hard alloys, tensile stresses arise on the surface, since hard alloys are classified as brittle materials, the presence of tensile stresses significantly reduces the ultimate tensile strength. Elimination of tensile stresses on the surface and the creation of compressive ones can occur provided that the heating is carried out to a temperature of at least 1000 ° C at a speed of at least 30 deg / s, and cooling must take place in an isolated environment to a temperature of less than 450 ° C, due to the allotropic transition β-Co (α → β at 486 ° С) having a face-centered unit cell, in α-Co having a hexagonal plate-packed unit cell identical to that of the WC unit cell.

Повышение прочности сцепления покрытия с основой достигается снижением шероховатости поверхности. На фигуре 1 показан рельеф и шероховатость поверхности твердых сплавов до термоциклической обработки и в состоянии поставки. Снижение шероховатости поверхности достигается за счет пятикратного повтора термообработки по указанным режимам в нейтральной среде аргона, что показано на фигуре 2.Increasing the adhesion strength of the coating to the base is achieved by reducing the surface roughness. The figure 1 shows the relief and surface roughness of hard alloys before thermocyclic processing and in the delivery state. The reduction in surface roughness is achieved due to a five-fold repetition of heat treatment according to the specified modes in a neutral argon medium, as shown in figure 2.

Поиск оптимальных режимов проводился с помощью математического планирования экстремального эксперимента.The search for optimal modes was carried out using mathematical planning of an extreme experiment.

Способ подготовки поверхности перед нанесением ионно-плазменных покрытий реализуется следующим образом. Твердосплавные неперетачиваемые пластины размером 5×5×35 мм помещают в кварцевые трубки, чтобы можно было контролировать температуру с помощью оптического фотопирометра, продувают аргоном и закрывают с обеих сторон пробками. Затем нагревают с помощью токов высокой частоты до 1050 - 1100°С в течение 30-40 секунд и охлаждают в среде аргона до температуры 400-450°С, повторяют нагрев-охлаждение по указанным режимам пять раз. Результаты выборочных экспериментов сведены в таблицу.The method of surface preparation before applying ion-plasma coatings is implemented as follows. 5 × 5 × 35 mm carbide non-grind plates are placed in quartz tubes so that the temperature can be controlled with an optical photopyrometer, purged with argon and corked on both sides. Then it is heated using high-frequency currents to 1050 - 1100 ° C for 30-40 seconds and cooled in argon medium to a temperature of 400-450 ° C, heating and cooling are repeated five times according to the indicated modes. The results of selective experiments are summarized in table.

Таблица
Режимы термообработки и свойства твердого сплава ВК8Table
Heat treatment modes and properties of VK8 carbide № ппNo pp Режим термообработкиHeat treatment mode Абразивная износостойкость, минAbrasive wear resistance, min σ_изг, МПаσ _mfd, MPa Твердость HV, МПаHardness HV, MPa 1one Без термообработкиNo heat treatment 1one 15001500 16501650 22 Т_зак=1100°С, V=25 град/сек, Т_охл=400°С в среде аргона, циклирование 3 разаT _Zak = 1100 ° C, V = 25 deg / s, T _cool = 400 ° C in argon, cycling 3 times 1,51,5 19001900 15001500 33 Т_зак=1100°С, V=35 град/сек, Т_охл=400°С в среде аргона, циклирование 5 разT _Zak = 1100 ° C, V = 35 deg / s, T _cool = 400 ° C in argon, cycling 5 times 2,62.6 26002600 14001400 4four Т_зак=1100°С, V=45 град/сек, T_охл=400°С в среде аргона, циклирование 7 разT _Zak = 1100 ° C, V = 45 deg / s, T _cool = 400 ° C in argon, cycling 7 times 1,31.3 17001700 15501550

Claims

A method of preparing the surface of hard alloys before applying ion-plasma coatings, comprising heating the surface to a temperature of 1050-1100 ° C, characterized in that the surface is heated by high frequency currents for 30-40 s and cooled in an argon atmosphere to a temperature of 400-450 ° C, repeat heating - cooling in the indicated modes five times.