RU2413793C2 - Procedure for ion-plasma treatment of surface of metal cutting tool made out of high speed powder steel - Google Patents

Procedure for ion-plasma treatment of surface of metal cutting tool made out of high speed powder steel Download PDF

Info

Publication number
RU2413793C2
RU2413793C2 RU2009122061/02A RU2009122061A RU2413793C2 RU 2413793 C2 RU2413793 C2 RU 2413793C2 RU 2009122061/02 A RU2009122061/02 A RU 2009122061/02A RU 2009122061 A RU2009122061 A RU 2009122061A RU 2413793 C2 RU2413793 C2 RU 2413793C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tool
ion
nitriding
steel
temperature
Prior art date
Application number
RU2009122061/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009122061A (en
Inventor
Евгений Георгиевич Полканов (RU)
Евгений Георгиевич Полканов
Владимир Александрович Темников (RU)
Владимир Александрович Темников
Юрий Николаевич Пелевин (RU)
Юрий Николаевич Пелевин
Павел Николаевич Филатов (RU)
Павел Николаевич Филатов
Елена Анатольевна Зайцева (RU)
Елена Анатольевна Зайцева
Сергей Николаевич Григорьев (RU)
Сергей Николаевич Григорьев
Ираида Владимировна Валуева (RU)
Ираида Владимировна Валуева
Сергей Викторович Алешин (RU)
Сергей Викторович Алешин
Владимир Николаевич Климов (RU)
Владимир Николаевич Климов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ")
Priority to RU2009122061/02A priority Critical patent/RU2413793C2/en
Publication of RU2009122061A publication Critical patent/RU2009122061A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2413793C2 publication Critical patent/RU2413793C2/en

Links

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: procedure consists in cleaning and heating surface of tool to temperature of saturation of high-speed powder steel, in ion nitriding in atmosphere of nitrogen or in nitrogen containing gas and in application of complex alloyed coating out of nitrides of refractory metals. Cleaning is performed with heating surface to 220-260°C. Surface of the tool is heated to temperature of saturation of high speed powder steel so, that it should not exceed temperature of steel annealing. After nitriding there is performed ion etching during 5-7 min. Ion-plasma treatment of the tool is carried out in a single process cycle.
EFFECT: upgraded hardness and wear resistance of cutting tool.
2 cl, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к способам упрочнения поверхности изделий комплексным ионно-плазменным методом и может быть использовано при изготовлении металлорежущего инструмента и других изделий, обладающих высокой твердостью и износостойкостью.The invention relates to methods for hardening the surface of products by a complex ion-plasma method and can be used in the manufacture of metal cutting tools and other products with high hardness and wear resistance.

Известен способ упрочнения режущего инструмента за счет нанесения однослойного сложнолегированного покрытия ионно-плазменным методом в реактивной среде (RU №2022058, С23С 14/32, публ. 1994 г.), при котором на изделие подают отрицательный потенциал, который в процессе нанесения покрытия изменяют от величины, соответствующей порогу избирательного ионного распыления компонентов расходуемого материала, которые будут составлять покрытие этого изделия, до величины, соответствующей энергии инверсии компонента расходуемого материала с минимальным коэффициентом ионного распыления.A known method of hardening a cutting tool by applying a single-layer complex alloyed coating by the ion-plasma method in a reactive medium (RU No. 2022058, C23C 14/32, publ. 1994), in which a negative potential is applied to the product, which varies from the value corresponding to the threshold of selective ion sputtering of the components of the consumable material that will make up the coating of this product to a value corresponding to the inversion energy of the component of the consumable material with a minimum ion spraying coefficient.

Недостатком данного способа является отсутствие комплексной обработки поверхности, что, как показывает производственный опыт, может снизить эффект упрочнения инструмента. Негативное влияние оказывает высокий градиент напряжений, существующий между покрытием и инструментальной основой, что является одной из основных причин разрушения покрытия, его отслаивания.The disadvantage of this method is the lack of integrated surface treatment, which, as shown by production experience, can reduce the effect of hardening of the tool. A negative stress is exerted by the high stress gradient existing between the coating and the tool base, which is one of the main reasons for the destruction of the coating and its peeling.

Известен способ упрочнения рабочих поверхностей режущих инструментов (RU №2026419, C23C 14/38, публ. 1995 г.), по которому инструмент из быстрорежущих сталей подвергают последовательно: ионному азотированию основы инструмента, очистке, нагреву основы в аргоновой плазме тлеющего разряда, осаждению ионно-плазменных покрытий, состоящих из нитридов металлов, с дополнительной обработкой основы до и после азотирования в плазме тлеющего разряда.A known method of hardening the working surfaces of cutting tools (RU No. 2026419, C23C 14/38, publ. 1995), in which a tool from high-speed steels is subjected to the following: ion nitriding of the tool base, cleaning, heating the base in argon glow discharge plasma, ion deposition -plasma coatings consisting of metal nitrides, with additional processing of the base before and after nitriding in a glow discharge plasma.

Основным недостатком данного способа комбинированного упрочнения инструмента является разрозненность процессов азотирования и нанесения покрытия, препятствующая проведению единого технологического цикла, который позволяет существенно снизить вероятность образования окислов на поверхности инструмента после азотирования, ухудшающих качество сцепления покрытия с инструментальной основой.The main disadvantage of this method of combined hardening of a tool is the fragmentation of the processes of nitriding and coating, which impedes a single technological cycle, which can significantly reduce the likelihood of the formation of oxides on the surface of the tool after nitriding, which impair the adhesion of the coating to the tool base.

Также известен способ ХТО (химико-термической обработки) режущего инструмента, изготовленного из быстрорежущей стали («Ионная химико-термическая обработка сплавов». Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва, 1999 г., стр.270-290), при котором универсальными методами поверхностного упрочнения быстрорежущих сталей являются карбонитрация, ионное азотирование и вакуумно-плазменное нанесение износостойких покрытий. Приведены данные по проведению процесса азотирования, по которому азотирование инструмента из быстрорежущей стали проводят при температурах 480-520°С в течение 30-60 минут, при этом твердость сердцевины остается неизменной. Поверхностное упрочнение быстрорежущих сталей посредством вакуумно-плазменного нанесения износостойких покрытий проводят после ионной очистки.Also known is the method of CTO (chemical-thermal treatment) of a cutting tool made of high-speed steel ("Ionic chemical-thermal treatment of alloys." Publishing House of MSTU named after NE Bauman, Moscow, 1999, pp. 270-290), in which universal methods of surface hardening of high-speed steels are carbonitration, ion nitriding, and vacuum-plasma deposition of wear-resistant coatings. Data are presented on the nitriding process, in which the nitriding of a tool made of high speed steel is carried out at temperatures of 480-520 ° C for 30-60 minutes, while the core hardness remains unchanged. Surface hardening of high-speed steels by means of vacuum-plasma deposition of wear-resistant coatings is carried out after ion cleaning.

Основным недостатком приведенных ХТО быстрорежущих сталей является то, что не рассматривается возможность упрочнения инструментов из быстрорежущих порошковых сталей. Такие стали имеют однородную структуру, значительно прочнее и лучше шлифуются по сравнению со сталями того же химического состава, изготовленными по обычной технологии. Традиционные быстрорежущие стали имеют в основном крупное карбидное зерно, что уменьшает пластичность стали, способствует быстрому износу инструмента. Минимальный размер карбидов порошковых сталей (0,1-0,3 мкм), а также их равномерное распределение по всей структуре позволяет значительно увеличить износостойкость инструмента.The main disadvantage of the given HTO of high-speed steels is that the possibility of hardening tools made of high-speed powder steels is not considered. Such steels have a homogeneous structure, are much stronger and better grinded in comparison with steels of the same chemical composition made by conventional technology. Traditional high-speed steels have mainly large carbide grains, which reduces the ductility of the steel, contributes to the rapid wear of the tool. The minimum size of carbides of powder steels (0.1-0.3 microns), as well as their uniform distribution throughout the structure, can significantly increase the wear resistance of the tool.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ ионно-плазменной обработки стальной поверхности режущего инструмента (RU №2241782, С23С 14/48, публ. 2004 г.), включающий предварительную ионную очистку поверхности в нагретом состоянии, дальнейшую обработку в атмосфере азота или азотсодержащего газа при повышенной температуре в тлеющем разряде и подачу отрицательного напряжения на обрабатываемую деталь.The closest in technical essence to the proposed method is a method of ion-plasma treatment of the steel surface of the cutting tool (RU No. 2241782, C23C 14/48, publ. 2004), including preliminary ion surface cleaning in a heated state, further processing in a nitrogen atmosphere or nitrogen-containing gas at elevated temperature in a glow discharge and the supply of negative voltage to the workpiece.

Основным недостатком данного способа является температурный режим при азотировании инструмента. По предлагаемому способу температуру нагрева инструмента при азотировании выдерживали в пределах 250-350°С. Однако как показали проведенные исследования, такой диапазон температур не позволяет существенно повысить микротвердость инструмента, изготовленного из порошковой высоколегированной быстрорежущей стали из-за ее плохой азотируемости. Даже при более высоких температурах азотирования (до 450°С) не наблюдалось заметного упрочняющего эффекта: прирост микротвердости не превышал 60-85 кгс/мм2, общая глубина азотирования составляла менее 30 мкм. Это связано с повышенным содержанием вольфрама и кобальта, которые задерживают диффузию азота в твердом растворе.The main disadvantage of this method is the temperature regime during nitriding of the instrument. According to the proposed method, the temperature of the heating tool during nitriding was kept in the range of 250-350 ° C. However, studies have shown that such a temperature range does not significantly increase the microhardness of a tool made of high-alloy high-speed powder steel due to its poor nitriding. Even at higher nitriding temperatures (up to 450 ° C), no appreciable strengthening effect was observed: the increase in microhardness did not exceed 60-85 kgf / mm 2 , the total nitriding depth was less than 30 microns. This is due to the high content of tungsten and cobalt, which delay the diffusion of nitrogen in solid solution.

Техническим результатом данного изобретения является повышение твердости и износостойкости режущего инструмента.The technical result of this invention is to increase the hardness and wear resistance of the cutting tool.

Технический результат достигается за счет того, что в способе ионно-плазменной обработки поверхности металлорежущего инструмента, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали, включающем очистку, нагрев поверхности инструмента до температуры насыщения порошковой быстрорежущей стали, ионное азотирование в атмосфере азота или в азотсодержащем газе и нанесение сложнолегированного покрытия из нитридов тугоплавких металлов, согласно изобретению очистку проводят с прогревом поверхности инструмента до 220-260°С, нагрев поверхности инструмента до температуры насыщения порошковой быстрорежущей стали проводят таким образом, чтобы она не превышала температуру отпуска стали, после азотирования проводят ионное травление в течение 5-7 минут, а ионно-плазменное упрочнение инструмента проводят в едином технологическом цикле.The technical result is achieved due to the fact that in the method of ion-plasma surface treatment of a metal-cutting tool made of powder high-speed steel, which includes cleaning, heating the surface of the tool to the saturation temperature of powder high-speed steel, ion nitriding in an atmosphere of nitrogen or in a nitrogen-containing gas and applying a complex alloy coating from nitrides of refractory metals, according to the invention, the cleaning is carried out with heating the surface of the tool to 220-260 ° C, heating the surface ins of the pipe to the saturation temperature of powder high-speed steel is carried out in such a way that it does not exceed the tempering temperature of steel, after nitriding, ion etching is carried out for 5-7 minutes, and ion-plasma hardening of the tool is carried out in a single technological cycle.

Комбинированная обработка режущего инструмента сочетает в себе термическое и химическое воздействие на режущие поверхности инструмента с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя.Combined processing of a cutting tool combines thermal and chemical effects on the cutting surfaces of the tool in order to change the composition, structure and properties of the surface layer.

Ионно-плазменную обработку поверхности инструмента проводят с использованием двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, представляющего собой разряд, в котором положительный столб дуги разделен на две ступени, первая из которых представляет собой вакуумную дугу с холодным катодом, а вторая ступень - положительный столб дугового разряда в плазме рабочего газа низкого давления. Ионно-плазменная обработка инструмента с использованием двухступенчатого вакуумно-дугового разряда состоит из:The ion-plasma treatment of the surface of the instrument is carried out using a two-stage vacuum arc discharge, which is a discharge in which the positive column of the arc is divided into two stages, the first of which is a vacuum arc with a cold cathode, and the second stage is the positive column of the arc discharge in plasma working gas of low pressure. Ion-plasma processing of a tool using a two-stage vacuum-arc discharge consists of:

а) очистки поверхности газовым ионным травлением в атмосфере аргона с целью удаления с поверхности окислов, что позволяет ускорить процесс насыщения поверхности азотом и снизить время азотирования инструмента при повышенной температуре. Процесс ведут в течение 20 минут, прогревая поверхность инструмента до температуры 220-260°С, что необходимо для очистки больших площадей загрязнений без инициирования микродуговых привязок, при давлении газа аргона в камере 0,1 Па и значении тока на испарителе 70 А, что обусловлено материалом катода - сплав ниобий-титан-алюминий. Выбор значения величины ионного тока объясняется тем, что стабильное горение дуги газового разряда находится в области давления рабочего газа, равного 0,1-0,5 Па.a) cleaning the surface by gas ion etching in an argon atmosphere in order to remove oxides from the surface, which allows to accelerate the process of saturation of the surface with nitrogen and to reduce the nitriding time of the tool at elevated temperature. The process is conducted for 20 minutes, warming up the surface of the instrument to a temperature of 220-260 ° C, which is necessary to clean large areas of contamination without initiating microarc bindings, with an argon gas pressure in the chamber of 0.1 Pa and a current value of 70 A on the evaporator, which is caused by the cathode material is a niobium-titanium-aluminum alloy. The choice of the ion current value is explained by the fact that the stable burning of the arc of the gas discharge is in the range of the working gas pressure of 0.1-0.5 Pa.

Очистка и прогрев осуществляются бомбардировкой ионами металла путем создания потоков высокоионизированной плазмы испаряемого материала. После предварительной обработки дополнительно идет прогрев поверхности инструмента до температуры 450-480°С;Cleaning and heating are carried out by metal ion bombardment by creating high-ionized plasma flows of the vaporized material. After pre-treatment, the surface of the tool is additionally heated to a temperature of 450-480 ° C;

б) ионно-плазменного азотирования, при котором создаются наиболее благоприятные условия для интенсивной диффузии азота в поверхностные слои. Управляя составом газовой атмосферы при азотировании путем разбавления азота инертным газом - аргоном, можно регулировать структуру и свойства азотированного слоя. Ионное азотирование инструментов имеет ряд особенностей, отличных от ионного азотирования деталей машин. При разработке технологических процессов в этом случае необходимо учитывать не только материал инструмента, но и материал, обрабатываемый этим инструментом. Ионное азотирование проводили в газовой смеси азота и аргона в течение 0,5-1 ч в интервале температур 450-510°С. Азотирование при температуре выше 510°С приводит к интенсивному разупрочнению сердцевины материала, поэтому насыщение при этой температуре проводить не рекомендуется. Температуру насыщения порошковой быстрорежущей стали выбирают таким образом, чтобы она не превышала температуру отпуска этой стали. При низкой температуре (ниже 450°С) увеличение продолжительности азотирования свыше 1 ч практически не приводит к заметному росту диффузионной зоны. Формирующееся при азотировании диффузионное покрытие, состоящее из поверхностной нитридной зоны и зоны внутреннего азотирования, обеспечивает широкий диапазон физико-механических характеристик азотированного инструмента. В таблице 1 приведены данные влияния режима азотирования на свойства азотированного слоя стали Р12МЗК5Ф2-МП (время азотирования 1 ч, давление газа 0,1 Па):b) ion-plasma nitriding, in which the most favorable conditions are created for the intensive diffusion of nitrogen into the surface layers. By controlling the composition of the gas atmosphere during nitriding by diluting nitrogen with an inert gas, argon, the structure and properties of the nitrided layer can be controlled. Ion nitriding of tools has a number of features different from ion nitriding of machine parts. When developing technological processes in this case, it is necessary to take into account not only the tool material, but also the material processed by this tool. Ion nitriding was carried out in a gas mixture of nitrogen and argon for 0.5-1 h in the temperature range 450-510 ° C. Nitriding at temperatures above 510 ° C leads to intense softening of the core of the material, therefore, saturation at this temperature is not recommended. The saturation temperature of the powder high-speed steel is chosen so that it does not exceed the tempering temperature of this steel. At low temperatures (below 450 ° C), an increase in the duration of nitriding over 1 h practically does not lead to a noticeable increase in the diffusion zone. A diffusion coating formed during nitriding, consisting of a surface nitride zone and an internal nitriding zone, provides a wide range of physicomechanical characteristics of the nitrided tool. Table 1 shows the effect of nitriding on the properties of the nitrided layer of steel R12MZK5F2-MP (nitriding time 1 h, gas pressure 0.1 Pa):

Таблица 1Table 1 Режим азотированияNitriding mode Толщина азотированного слояNitrided layer thickness Максимальная твердость, Н50, кгс/мм2 Maximum hardness, N 50 , kgf / mm 2 Температура, °СTemperature ° C Концентрация азота в смеси, сThe concentration of nitrogen in the mixture, s Эффективная, hэ50=1100 кгс/мм2)Effective, h e (N 50 = 1100 kgf / mm 2 ) Общая, Но, мкмTotal, N about , microns 450450 20twenty -- 20-2520-25 <1070<1070 4040 -- 25-3025-30 <1070<1070 480480 20twenty 18eighteen 70-8070-80 12971297 4040 3232 80-10080-100 13001300 6060 2727 70-8070-80 12661266 8080 2424 60-7060-70 13281328 510510 20twenty 14fourteen 190-200190-200 11001100 4040 2222 190-200190-200 12191219 6060 2525 100-120100-120 12721272

Из приведенной таблицы видно, что азотирование при температуре 480°С в газовой смеси азота (30%) и аргона (остальное) позволяет обеспечить более высокую максимальную микротвердость азотированного слоя. С повышением температуры азотирования с 480 до 510°С эффективная толщина азотированного слоя уменьшается, а общая увеличивается;It can be seen from the table that nitriding at a temperature of 480 ° C in a gas mixture of nitrogen (30%) and argon (the rest) allows for a higher maximum microhardness of the nitrided layer. With increasing temperature of nitriding from 480 to 510 ° C, the effective thickness of the nitrided layer decreases, and the total increases;

в) дополнительного этапа кратковременного, в течение 5-7 минут, ионного травления в атмосфере аргона, связанного с необходимостью очистки поверхности инструмента перед нанесением покрытия после азотирования для того, чтобы избежать ухудшения адгезии в связи с возможным образованием тонких нитридных слоев;c) an additional stage of short-term, for 5-7 minutes, ion etching in an argon atmosphere, associated with the need to clean the surface of the tool before coating after nitriding in order to avoid deterioration of adhesion due to the possible formation of thin nitride layers;

г) нанесения износостойкого покрытия на основе нитридов тугоплавких металлов (сложнолегированные композиционные покрытия (Ti, Cr) N и (Nb, Ti, Al) N). Для нанесения износостойкого покрытия (Ti, Cr) N использовали катоды состава Ti+25% Cr. Для получения покрытия (Nb, Ti, Al) N использовали катоды состава - Nb - 40%, Ti - 40%, Al - 10%, легирующие добавки - Cr, Mo, Zr - остальное, до 100%. В таблице 2 приведены оптимальные параметры процесса нанесения и свойства получаемых покрытий.d) applying a wear-resistant coating based on refractory metal nitrides (complex-alloyed composite coatings (Ti, Cr) N and (Nb, Ti, Al) N). To apply a wear-resistant coating (Ti, Cr) N, cathodes of the composition Ti + 25% Cr were used. To obtain the coating (Nb, Ti, Al) N, cathodes of the composition — Nb — 40%, Ti — 40%, Al — 10%, and alloying additives — Cr, Mo, Zr — the rest, up to 100%, were used. Table 2 shows the optimal parameters of the application process and the properties of the resulting coatings.

Таблица 2table 2 Покрытые (Ti, Cr)NCoated (Ti, Cr) N Параметры процессаProcess parameters Характеристики покрытияCoating characteristics Ток дугиArc current Опорное напряжениеReference voltage Давление азота PN2 Nitrogen pressure P N2 Продолжительность процессаProcess time Микротвердость

Figure 00000001
кгс/мм2 Microhardness
Figure 00000001
kgf / mm 2 Шероховатость Ra, мкмRoughness Ra, microns 6060 220220 0.350.35 6060 24502450 0.76-0.830.76-0.83 Покрытие (Nb, Ti, Al) NCoating (Nb, Ti, Al) N Параметры процессаProcess parameters Характеристики покрытияCoating characteristics Ток дугиArc current Опорное напряжениеReference voltage Давление азота PN2 Nitrogen pressure P N2 Продолжительность процессаProcess time Микротвердость
Figure 00000001
кгс/мм2
Microhardness
Figure 00000001
kgf / mm 2
Шероховатость Ra, мкмRoughness Ra, microns
8080 210210 0.450.45 6060 26502650 0.68-0.750.68-0.75

На основании проведенных сравнительных исследований покрытий наилучшие характеристики показало покрытие (Nb, Ti, Al) N (микротвердость составила 2650 кгс/мм2, шероховатость Ra=0,68-0,75 (таблица 2). При проведении исследований на адгезию (Ti, Cr) N и (Nb, Ti, Al) N наихудшие результаты по адгезии имели образцы с большей капельной фазой.Based on the comparative studies of coatings, the best characteristics were shown by the coating (Nb, Ti, Al) N (microhardness was 2650 kgf / mm 2 , roughness Ra = 0.68-0.75 (table 2). When conducting adhesion tests (Ti, Cr) N and (Nb, Ti, Al) N the worst adhesion results were for samples with a larger droplet phase.

Пример осуществления способаAn example of the method

Ионно-плазменную обработку поверхности инструмента, например протяжек, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали, такой как Р12МЗК5Ф2-МП, проводили на установке "Станкин-АПП-2", в которой двухступенчатый вакуумно-дуговой разряд реализуется на базе трех дуговых испарителей, трех дополнительных анодов и перемещаемой заслонки с пневмоприводом, входящих в состав установки. Заслонка выполнена таким образом, что при возникновении дугового разряда ионы, атомы и микрокапли металла не проникают в рабочий объем камеры, а проникают только электроны. Электроны, перемещаясь к дополнительному аноду, находящемуся напротив закрытых испарителей под действием электрического поля, ионизируют газ в рабочем пространстве камеры. При подключении источника напряжения смещения к изделию ионы газа ускоряются за счет разности потенциалов между корпусом камеры и изделием. Задавая напряжение смещения в различных диапазонах можно соответственно регулировать энергию ионов газа, которыми идет обработка поверхности изделия. Интенсивность воздействия на поверхность газовой плазмы характеризуется величиной ионного тока.Ion-plasma treatment of the surface of the tool, such as broaches made of powder high-speed steel, such as R12MZK5F2-MP, was carried out on the "Stankin-APP-2" installation, in which a two-stage vacuum-arc discharge is implemented on the basis of three arc evaporators, three additional anodes and a movable pneumatic damper included in the installation. The damper is designed in such a way that when an arc discharge occurs, the ions, atoms and microdroplets of the metal do not penetrate into the working volume of the chamber, but only electrons penetrate. Electrons moving to the additional anode, which is opposite the closed evaporators under the influence of an electric field, ionize the gas in the working space of the chamber. When a bias voltage source is connected to the product, gas ions are accelerated due to the potential difference between the camera body and the product. By setting the bias voltage in various ranges, the energy of the gas ions that process the surface of the product can be adjusted accordingly. The intensity of exposure to the surface of a gas plasma is characterized by the magnitude of the ion current.

Оптимальным режимом комплексного упрочнения протяжного инструмента из высоколегированной порошковой быстрорежущей стали Р12МЗК5Ф2-МП на установке "Станкин-АПП-2" для обработки изделий из жаропрочных никелевых сплавов типа ЭП741НП является:The optimal mode of complex hardening of a broaching tool made of high-alloy powder high-speed steel R12MZK5F2-MP at the Stankin-APP-2 installation for processing products from heat-resistant nickel alloys of the EP741NP type is:

а) ионная очистка аргоном при давлении Раргона=0,1 Па и прогрев до температуры 220°С в режиме двухступенчатого вакуумно-дугового разряда (ДВДР) при значении тока на катоде Iкатода=70 А;a) ion cleaning with argon at a pressure P of argon = 0.1 Pa and heating to a temperature of 220 ° C in a two-stage vacuum-arc discharge (DDR) mode at a current value of cathode I of the cathode = 70 A;

б) прогрев до температуры 480°С при давлении Разота=0,1 Па и токе катода Iкатода=70 А;b) heating to a temperature of 480 ° C at a pressure of P nitrogen = 0.1 Pa and a cathode current of I cathode = 70 A;

в) ионное азотирование в режиме двухступенчатого вакуумно-дугового разряда в смеси газов аргон/азот в соотношении (70/30)% в течение 30 минут при давлении Рсмеси=0,3 Па и Iкатода=80 А, температура азотирования 480°С;c) ion nitriding in a two-stage vacuum-arc discharge in an argon / nitrogen gas mixture in the ratio (70/30)% for 30 minutes at a mixture pressure P = 0.3 Pa and cathode I = 80 A, nitriding temperature 480 ° С ;

г) ионная очистка аргоном в режиме двухступенчатого вакуумно-дугового разряда в течение 5-7 мин при давлении Раргона=0,1 Па и Iкатода=70 А;d) ion cleaning with argon in the two-stage vacuum-arc discharge mode for 5-7 minutes at a pressure P of argon = 0.1 Pa and I cathode = 70 A;

д) нанесение покрытия (Nb, Ti, Al) N в атмосфере чистого азота в течение 60 мин при давлении газа 0,45 Па, токе дуги катода 80 А. При нанесении покрытия использовали катод состава - Nb - 40%, Ti - 40%, Al - 10%, легирующие добавки - Сr, Мо, Zr - остальное, до 100%.d) coating (Nb, Ti, Al) N in an atmosphere of pure nitrogen for 60 min at a gas pressure of 0.45 Pa, a cathode arc current of 80 A. When applying the coating, a cathode of the composition Nb — 40%, Ti — 40% was used. , Al - 10%, alloying additives - Cr, Mo, Zr - the rest, up to 100%.

Протягивание изделий из жаропрочных сталей, таких как ЭП609Ш, комплектом протяжек из порошковой быстрорежущей стали Р12МЗК5Ф2-МП с покрытием (Nb, Ti, Al) N показало, что инструмент с износостойким покрытием может эксплуатироваться на повышенных скоростях резания (упрочнение протяжного инструмента за счет нанесения износостойкого покрытия позволяет увеличить скорость резания более чем в 3 раза по сравнению с исходным инструментом без покрытия).The pulling of products from heat-resistant steels, such as EP609Sh, with a set of broaches from powder high-speed steel R12MZK5F2-MP with a coating of (Nb, Ti, Al) N showed that the tool with a wear-resistant coating can be operated at increased cutting speeds (hardening of a broaching tool due to the application of wear-resistant coating allows you to increase the cutting speed by more than 3 times compared with the original tool without coating).

При протягивании изделий из жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП установлено, что протяжной инструмент с комплексной обработкой, включающей азотирование в смеси газов Ar/N2 в соотношении (70/30)% и последующее нанесение износостойкого покрытия (Nb, Ti, Al) N, эффективно сдерживает развитие износа по задней поверхности, продлевая срок эксплуатации инструмента.When pulling products made of heat-resistant nickel alloy EP741NP, it was found that a broaching tool with complex processing, including nitriding in an Ar / N 2 gas mixture in the ratio (70/30)% and subsequent application of a wear-resistant coating (Nb, Ti, Al) N, effectively restrains the development of wear on the rear surface, extending the life of the tool.

Аттестация качества получаемых покрытий проводилась по следующим критериям: по внешнему виду, по показателям микротвердости, толщине покрытия, шероховатости покрытия, хрупкости покрытия, адгезии покрытия к основе.The quality certification of the obtained coatings was carried out according to the following criteria: in appearance, in terms of microhardness, coating thickness, coating roughness, coating brittleness, coating adhesion to the substrate.

Claims (2)

1. Способ ионно-плазменной обработки поверхности металлорежущего инструмента, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали, включающий очистку, нагрев поверхности инструмента до температуры насыщения порошковой быстрорежущей стали, ионное азотирование в атмосфере азота или в азотсодержащем газе и нанесение сложнолегированного покрытия из нитридов тугоплавких металлов, отличающийся тем, что очистку проводят с прогревом поверхности инструмента до 220-260°С, нагрев поверхности инструмента до температуры насыщения порошковой быстрорежущей стали проводят таким образом, чтобы она не превышала температуру отпуска стали, а после азотирования проводят ионное травление в течение 5-7 мин.1. The method of ion-plasma surface treatment of a metal-cutting tool made of powder high-speed steel, including cleaning, heating the surface of the tool to the saturation temperature of powder high-speed steel, ion nitriding in a nitrogen atmosphere or in a nitrogen-containing gas and applying a complex alloy coating of refractory metal nitrides, characterized in that the cleaning is carried out with heating the surface of the tool to 220-260 ° C, heating the surface of the tool to a saturation temperature of powder quickly ezhuschey steel carried out in such a way that it is not exceeded, and after the nitriding steel tempering temperature ion etching is carried out for 5-7 minutes. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ионно-плазменную обработку инструмента проводят в едином технологическом цикле. 2. The method according to claim 1, characterized in that the ion-plasma processing of the tool is carried out in a single technological cycle.
RU2009122061/02A 2009-06-10 2009-06-10 Procedure for ion-plasma treatment of surface of metal cutting tool made out of high speed powder steel RU2413793C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009122061/02A RU2413793C2 (en) 2009-06-10 2009-06-10 Procedure for ion-plasma treatment of surface of metal cutting tool made out of high speed powder steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009122061/02A RU2413793C2 (en) 2009-06-10 2009-06-10 Procedure for ion-plasma treatment of surface of metal cutting tool made out of high speed powder steel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009122061A RU2009122061A (en) 2010-12-20
RU2413793C2 true RU2413793C2 (en) 2011-03-10

Family

ID=44056236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009122061/02A RU2413793C2 (en) 2009-06-10 2009-06-10 Procedure for ion-plasma treatment of surface of metal cutting tool made out of high speed powder steel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2413793C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541261C2 (en) * 2013-07-04 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ", Московский энергетический институт, МЭИ) Method of nanocomposite coating application onto steel article surface
RU2745919C1 (en) * 2019-11-18 2021-04-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" High-speed tool reinforcement method from high-speed steel
RU2756960C1 (en) * 2020-11-03 2021-10-07 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for applying composite coating to tool steel part
RU2822379C1 (en) * 2024-01-15 2024-07-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" Method for complex ion-plasma treatment of metal cutting tools from high-speed steel

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541261C2 (en) * 2013-07-04 2015-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ", Московский энергетический институт, МЭИ) Method of nanocomposite coating application onto steel article surface
RU2745919C1 (en) * 2019-11-18 2021-04-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" High-speed tool reinforcement method from high-speed steel
RU2756960C1 (en) * 2020-11-03 2021-10-07 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for applying composite coating to tool steel part
RU2822379C1 (en) * 2024-01-15 2024-07-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" Method for complex ion-plasma treatment of metal cutting tools from high-speed steel

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009122061A (en) 2010-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6844705B2 (en) Cover cutting tool
RU2370570C1 (en) Method of ion-plasma treatment of steel and hard alloy parts
JP5084369B2 (en) Cutting tools
US20120114964A1 (en) Coated-surface sliding part having excellent coating adhesion and method for producing the same
JP6463078B2 (en) Manufacturing method of coated tool
RU2413793C2 (en) Procedure for ion-plasma treatment of surface of metal cutting tool made out of high speed powder steel
Xu et al. A novel plasma surface metallurgy: Xu-Tec process
JP5720996B2 (en) Coated member with excellent film adhesion and method for producing the same
JPH08296064A (en) Article coated with oxidation and wear resistant film
CN110656301B (en) Preparation method of controllable nitriding-PVD (physical vapor deposition) composite coating for high-speed steel tool
JP5995091B2 (en) Surface coated cutting tool with excellent adhesion strength and chipping resistance
JP2001192861A (en) Surface treating method and surface treating device
JP5824010B2 (en) Hard coating coated member
JPH0770735A (en) Improvement of abrasion resistance of surface of workpiece and workpiece processed thereby
CN114411098A (en) Coating method of TiNb coating
EP3670043A1 (en) Coated cutting tool
JP2004131820A (en) Method for producing advanced high-speed steel tool
JP4631472B2 (en) Manufacturing method of covering member
KR101466221B1 (en) Method for enhancement of wear resistance of a cutting tool, and the a cutting tool having enhanced wear resistance
JPS63166957A (en) Surface coated steel product
JPS6242995B2 (en)
JP3572240B2 (en) Method and apparatus for physically modifying a conductive member
RU2241782C1 (en) Method for ionic-plasma treatment of cutting tool steel surface
RU2745919C1 (en) High-speed tool reinforcement method from high-speed steel
JP7337646B2 (en) Die casting mold and die casting mold surface treatment method

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20151102

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20190801