RU2495960C1 - Method of producing sandwiched coating for cutting tool - Google Patents
Method of producing sandwiched coating for cutting tool Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495960C1 RU2495960C1 RU2012127969/02A RU2012127969A RU2495960C1 RU 2495960 C1 RU2495960 C1 RU 2495960C1 RU 2012127969/02 A RU2012127969/02 A RU 2012127969/02A RU 2012127969 A RU2012127969 A RU 2012127969A RU 2495960 C1 RU2495960 C1 RU 2495960C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- chromium
- coating
- silicon
- cathodes
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
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 повышения стойкости режущего инструмента (РИ), при котором на его поверхность вакуумно-плазменным методом наносят износостойкое покрытие (ИП) 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. 123 с.).There is a method of increasing the resistance of a cutting tool (RI), in which a wear-resistant coating (PI) of titanium nitride (TiN) or titanium carbonitride (TiCN) is applied on its surface using a vacuum-plasma method (see Tabakov V.P. Performance of a cutting tool with wear-resistant coatings based on complex nitrides and titanium carbonitrides. Ulyanovsk: UlSTU, 1998. 123 p.).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе наносимое покрытие не обеспечивает такой же высокой эффективности при работе режущего инструмента с этим покрытием в условиях прерывистого резания, в частности, при фрезеровании, как при непрерывном резании.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, the applied coating does not provide the same high efficiency when the cutting tool is used with this coating under intermittent cutting conditions, in particular during milling, as during continuous cutting.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ нанесения многослойного покрытия, раскрытый в описании к патенту на изобретение RU 2278905 С1, принятый за прототип.The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of features is the method of applying a multilayer coating, disclosed in the description of the patent for invention RU 2278905 C1, adopted as a prototype.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном способе многослойное покрытие обладает недостаточной твердостью, а, следовательно, трещиностойкостью и низкими сжимающими остаточными напряжениями. 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 a known cutting tool with a coating adopted as a prototype, the multilayer coating in the known method has insufficient hardness and, therefore, fracture toughness and low compressive residual stresses. As a result, the coating poorly resists the processes of wear and tear and quickly collapses when cutting.
Одним из путей повышения стойкости и, как следствие, работоспособности РИ с покрытием является нанесение покрытий многослойного типа со слоями с различными физико-механическими свойствами. Наличие в покрытии верхнего слоя, обладающего высокими твердостью и контактными характеристиками, способствует снижению интенсивности износа РИ с многослойным покрытием. Для повышения прочности сцепления покрытия с инструментальной основой оно должно иметь в своем составе нижний слой с высокими адгезионными свойствами. Кроме того, увеличение твердости нижнего слоя покрытия также способствует дополнительному снижению интенсивности износа РИ с многослойным покрытием. Промежуточный слой должен выполнять следующие функции. Во-первых, обеспечивать повышение прочности сцепления слоев за счет его формирования из элементов верхнего и нижнего слоев. Во-вторых, иметь высокие твердость и сжимающие остаточные напряжения для снижения интенсивности износа и трещинообразования в покрытии при прерывистом резании. В-третьих, способствовать повышению трещиностойкости всего покрытия за счет появления дополнительных границ между слоями.One of the ways to increase the resistance and, as a consequence, the health of RI with a coating is to apply multilayer coatings with layers with different physical and mechanical properties. The presence in the coating of the upper layer, which has high hardness and contact characteristics, helps to reduce the wear rate of RS with a multilayer coating. To increase the adhesion strength of the coating to the tool base, it should include a lower layer with high adhesive properties. In addition, an increase in the hardness of the lower coating layer also contributes to an additional decrease in the wear rate of RS with a multilayer coating. The intermediate layer should perform the following functions. First, to provide increased adhesion of the layers due to its formation from the elements of the upper and lower layers. Secondly, to have high hardness and compressive residual stresses to reduce the intensity of wear and cracking in the coating during interrupted cutting. Thirdly, to increase the crack resistance of the entire coating due to the appearance of additional boundaries between the layers.
Технический результат - повышение работоспособности РИ.The technical result is an increase in the health of RI.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что наносят нижний слой из нитрида соединения титана, хрома и кремния при их соотношении, мас.%: титан 93,15-95,35, хром 4,0-6,0, кремний 0,65-0,85; промежуточный - из карбонитрида соединения титана, хрома и кремния при их сосотношении, мас.%: титан 93,15-95,35, хром 4,0-6,0, кремний 0,65-0,85; верхний - из нитрида соединения титана и хрома при их соотношений, мас.%: титан 91,0-94,0, хром 6,0-9,0, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют составными из титана и хрома и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из сплава титана и кремния и располагают между ними, причем нижний и промежуточный слои наносят с использованием всех трех катодов, а верхний слой - с использованием первого и второго катодов.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by applying a lower layer of nitride compounds of titanium, chromium and silicon at their ratio, wt.%: Titanium 93.15-95.35, chromium 4.0-6.0, silicon 0, 65-0.85; intermediate - from carbonitride compounds of titanium, chromium and silicon when they are related, wt.%: titanium 93.15-95.35, chromium 4.0-6.0, silicon 0.65-0.85; the upper one is made of titanium and chromium compounds nitride at their ratios, wt.%: titanium 91.0-94.0, chromium 6.0-9.0, and the coating layers are applied by three cathodes lying horizontally in the same plane, the first and second of which they are made of titanium and chromium compounds and are located opposite to each other, and the third is made of an alloy of titanium and silicon and placed between them, the lower and intermediate layers being applied using all three cathodes, and the upper layer using the first and second cathodes.
Такая структура наносимого покрытия позволяет получить высокие остаточные напряжения и твердость из-за наличия в покрытии промежуточного слоя. При этом нижний и промежуточный слои обладают высокой твердостью и трешиностойкостью из-за дополнительного легирования материала слоев покрытий и наличию в их структуре микрослоистости, получаемой при нанесении покрытий по предлагаемой схеме расположения катодов.This structure of the applied coating allows to obtain high residual stresses and hardness due to the presence of an intermediate layer in the coating. In this case, the lower and intermediate layers have high hardness and crack resistance due to the additional alloying of the material of the coating layers and the presence in their structure of microlayers obtained by coating according to the proposed cathode arrangement.
Сущность изобретения заключается в следующем. В покрытии при резании происходят процессы трещинообразования, приводящие к его разрушению. Кроме того, из-за недостаточной прочности сцепления с инструментальной основой и слоев внутри многослойного покрытия возможно разрушение последнего в результате адгезионно-усталостных явлений на контактных площадках. В этих условиях покрытие должно иметь слоистую структуру для торможения трещин и высокие сжимающие напряжения. Слои покрытия должны обладать также высокой твердостью для повышения износо- и трещиностойкости. При этом слои многослойного покрытия должны иметь высокую прочность связи между собой, что обеспечивается их высоким сродством друг с другом из-за наличия общих элементов.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 tool base and layers inside the multilayer coating, 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 to inhibit cracks and high compressive stresses. The coating layers must also have high hardness to increase wear and crack resistance. Moreover, the layers of the multilayer coating should have high bond strength between each other, which is ensured by their high affinity for each other due to the presence of common elements.
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, соответствующему оптимальному значению, указанному в известном способе, а также трехслойное покрытие по предлагаемому способу.For experimental verification of the claimed method, a prototype coating was applied with a layer ratio corresponding to the optimum value specified in the known method, as well as a three-layer coating according to the proposed method.
Нанесение предлагаемого покрытия осуществляется следующим образом. 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 катодами, расположенными горизонтально в одной плоскости. Используются расположенные противоположно друг другу первый и второй составные катоды из титана и хрома, и третий катод из сплава титана и кремния, расположенный между ними. Камеру откачивают до давления 6,65·10-3 Па, включайют поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают один катод и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 560-580°C. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А и подаче реакционного газа азота включают все три катода и осаждают нижний слой покрытия TiCrSiN толщиной 2,0 мкм. Промежуточный слой покрытия TiCrSiCN толщиной 2,0 мкм наносят при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А и включенных трех катодах при подаче реакционного газа, состоящего из смеси азота и ацетилена (60% азота и 40% ацетилена (мас.)). Верхний слой покрытия TiCrN толщиной 2,0 мкм наносят при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А. включенных первом (из титана и хрома) и втором (из титана и хрома) катодах и подаче реакционного газа азота. Затем отключают испарители, подачу реакционного газа, напряжение и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывают и извлекают инструмент с покрытием.The proposed coating is as follows. 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 cathodes located horizontally in the same plane. The first and second composite cathodes of titanium and chromium located opposite each other are used, and the third cathode is made of an alloy of titanium and silicon located between them. The chamber is pumped out to a pressure of 6.65 · 10 -3 Pa, turn on the rotary device, apply a negative voltage of 1.1 kV to it, turn on one cathode, and at an arc current of 100 A perform ion cleaning and heating of the plates to a temperature of 560-580 ° C. The focusing coil current is 0.4 A. Then, at a negative voltage of 160 V, a coil current of 0.3 A and a supply of reactive nitrogen gas, all three cathodes are turned on and a 2.0 μm thick TiCrSiN coating is deposited. An intermediate layer of a TiCrSiCN coating with a thickness of 2.0 μm is applied at a negative voltage of 160 V, a current of coils of 0.3 A and three cathodes turned on when a reaction gas consisting of a mixture of nitrogen and acetylene (60% nitrogen and 40% acetylene (wt.)) Is supplied . The upper layer of a TiCrN coating with a thickness of 2.0 μm is applied at a negative voltage of 160 V, a current of 0.3 A coils included in the first (from titanium and chromium) and second (from titanium and chromium) cathodes, and a reaction gas of nitrogen is supplied. 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.
Микротвердость покрытий определяли на микротвердомере «ПМТ-3» под нагрузкой 100 г. Остаточные напряжения определяли на рентгеновском дифрактометре «ДРОН-3М» с использованием фильтрованного CuKα-излучения.The microhardness of the coatings was determined on a PMT-3 microhardness meter under a load of 100 g. Residual stresses were determined on a DRON-3M X-ray diffractometer using filtered Cu Kα radiation.
Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при симметричном торцовом фрезеровании заготовок из стали 5ХНМ на станке 6Р12. Испытывали твердосплачные пластины марки МК8, обработанные по известному и предлагаемому способам. Режимы резания были следующими: скорость резания V=247 м/мин, подача S=0,4 мм/зуб, глубина резания t=1,5 мм, ширина фрезерования В=20 мм. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней повесхности h3=0,4 мм.Durable tests of the cutting tool were carried out with symmetrical face milling of 5XNM steel blanks on a 6P12 machine. Tested MK8 brand carbide plates processed by the known and proposed methods. The cutting conditions were as follows: cutting speed V = 247 m / min, feed S = 0.4 mm / tooth, cutting depth t = 1.5 mm, milling width B = 20 mm. For the wear criterion, the value of the chamfer of wear on the rear surface h 3 = 0.4 mm was taken.
В табл.1. приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.In table 1. RI test results with the resulting coatings are presented.
Как видно из приведенных в таблице 1 данных, стойкость пластин, с покрытиями, нанесенными по предлагаемому способу, выше стойкости пластин с покрытием, нанесенным по способу-прототипу в 1,15-1,42 раза.As can be seen from the data in table 1, the resistance of the plates with the coatings deposited by the proposed method is higher than the resistance of the plates with the coating deposited by the prototype method 1.15-1.42 times.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012127969/02A RU2495960C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Method of producing sandwiched coating for cutting tool |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012127969/02A RU2495960C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Method of producing sandwiched coating for cutting tool |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2495960C1 true RU2495960C1 (en) | 2013-10-20 |
Family
ID=49357216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012127969/02A RU2495960C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Method of producing sandwiched coating for cutting tool |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2495960C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2616713C1 (en) * | 2015-10-27 | 2017-04-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of producing sandwiched coating for cutting tool |
RU2630734C1 (en) * | 2016-10-11 | 2017-09-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of producing sandwiched coating for cutting tool |
RU2691157C2 (en) * | 2017-11-22 | 2019-06-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of producing multilayer coating for cutting tools |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09323204A (en) * | 1996-06-05 | 1997-12-16 | Hitachi Tool Eng Ltd | Multilayer coated hard tool |
JP2008162009A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Sandvik Intellectual Property Ab | Cutting tool |
RU2366752C1 (en) * | 2008-05-23 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Procedure for producing multi-layer coating for cutting tool |
EP2264209A2 (en) * | 2004-09-10 | 2010-12-22 | Sandvik Intellectual Property AB | Method of making a coated cutting tool |
RU2419680C1 (en) * | 2010-04-20 | 2011-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Procedure for production of multi-layer coating for cutting tool |
RU2419679C1 (en) * | 2010-03-16 | 2011-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Procedure for production of multi-layer coating for cutting tool |
-
2012
- 2012-07-03 RU RU2012127969/02A patent/RU2495960C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09323204A (en) * | 1996-06-05 | 1997-12-16 | Hitachi Tool Eng Ltd | Multilayer coated hard tool |
EP2264209A2 (en) * | 2004-09-10 | 2010-12-22 | Sandvik Intellectual Property AB | Method of making a coated cutting tool |
JP2008162009A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Sandvik Intellectual Property Ab | Cutting tool |
RU2366752C1 (en) * | 2008-05-23 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Procedure for producing multi-layer coating for cutting tool |
RU2419679C1 (en) * | 2010-03-16 | 2011-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Procedure for production of multi-layer coating for cutting tool |
RU2419680C1 (en) * | 2010-04-20 | 2011-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Procedure for production of multi-layer coating for cutting tool |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2616713C1 (en) * | 2015-10-27 | 2017-04-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of producing sandwiched coating for cutting tool |
RU2630734C1 (en) * | 2016-10-11 | 2017-09-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of producing sandwiched coating for cutting tool |
RU2691157C2 (en) * | 2017-11-22 | 2019-06-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of producing multilayer coating for cutting tools |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2545955C2 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2461654C1 (en) | Method of making multilayer coating for cutting tool | |
RU2495960C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2490357C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
RU2503743C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2464353C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
RU2495957C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2464343C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
RU2495958C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2494171C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2494169C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2495150C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
RU2490360C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
RU2464349C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
RU2495949C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2495950C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2558312C2 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2495952C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2464348C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
RU2490362C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
RU2495951C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2490363C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
RU2495953C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2495961C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
RU2495955C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140704 |