RU2502827C1 - Method of producing inserts - Google Patents
Method of producing inserts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2502827C1 RU2502827C1 RU2012117062/02A RU2012117062A RU2502827C1 RU 2502827 C1 RU2502827 C1 RU 2502827C1 RU 2012117062/02 A RU2012117062/02 A RU 2012117062/02A RU 2012117062 A RU2012117062 A RU 2012117062A RU 2502827 C1 RU2502827 C1 RU 2502827C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- nitrides
- niobium
- coating
- cutting
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к металлообработке, а именно к металлорежущему инструменту, который включает режущую пластину из спеченного твердого сплава с износостойким покрытием.The invention relates to the field of engineering, in particular, to metalworking, in particular to a metal-cutting tool, which includes a cutting plate of sintered hard alloy with a wear-resistant coating.
Известны режущие пластины с многослойными покрытиями из тугоплавких соединений (Верещака А.С. Работоспособность инструмента с износостойким покрытием. М: Машиностроение, 1993. - 336 с.), в частности двухслойное покрытие TiC+Ti(CN), т.е. из карбидов титана и карбонитридов титана осаждением из газовой фазы. Такое покрытие позволяет повысить работоспособность режущей пластины до 2…3 раз при обработке конструкционных сталей, чугунов. Покрытия наносят осаждением из газовой фазы толщиной 5…6 мкм. Считается, что недостатком такого метода осаждения износостойкого покрытия является образование между подложкой и нижним слоем покрытия из TiC хрупкой η-фазы, что способствует отслаиванию покрытия и снижению износостойкости режущих пластин.Known cutting inserts with multilayer coatings of refractory compounds (Vereshchak A.S. Serviceability of the tool with a wear-resistant coating. M: Mechanical Engineering, 1993. - 336 p.), In particular a two-layer coating TiC + Ti (CN), i.e. from titanium carbides and titanium carbonitrides by vapor deposition. This coating allows you to increase the efficiency of the cutting plate up to 2 ... 3 times when machining structural steels, cast irons. Coatings are applied by vapor deposition with a thickness of 5 ... 6 microns. It is believed that the disadvantage of this method of deposition of a wear-resistant coating is the formation of a brittle η-phase between the substrate and the lower coating layer of TiC, which contributes to the peeling of the coating and reduce the wear resistance of the cutting inserts.
В качестве прототипа принят способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента (патент РФ №2410466, С23С 14/24Б B23B 27/14, опубл. 27.01.2011). Способ включает вакуумно-плазменное нанесение двухслойного покрытия, в качестве нижнего слоя наносят нитрид титана и молибдена или нитрид титана и хрома, или нитрид титана и ниобия при температуре 600°C и при давлении азота в камере установки 7,5·10-4 Па, а в качестве второго слоя - такой же нитрид, легированный цирконием при снижении температуры до 500°C и давления 4,3·10-4 Па. Наносят нижний слой толщиной 40-50% от общей толщины покрытия, а общая толщина покрытия составляет 5-8 мкм.As a prototype adopted a method of producing a multilayer coating for a cutting tool (RF patent No. 2410466, C23C 14 / 24B B23B 27/14, publ. 01.27.2011). The method includes vacuum-plasma deposition of a two-layer coating, titanium and molybdenum nitride or titanium and chromium nitride, or titanium and niobium nitride are applied as a lower layer at a temperature of 600 ° C and at a nitrogen pressure in the chamber of the apparatus 7.5 · 10 -4 Pa, and as the second layer - the same nitride doped with zirconium with a decrease in temperature to 500 ° C and a pressure of 4.3 · 10 -4 Pa. The lower layer is applied with a thickness of 40-50% of the total coating thickness, and the total coating thickness is 5-8 microns.
Режущая пластина, изготовленная по такому способу и с таким покрытием, позволяет повысить износостойкость в 1,5…2 раза по сравнению с режущей пластиной с покрытием TiC-Ti(CN) при обработке как конструкционных, так и трудообрабатываемых материалов. Этот результат связан с тем, что верхний слой покрытия является многокомпонентным.A cutting insert made by this method and with such a coating can increase the wear resistance by 1.5 ... 2 times in comparison with a cutting plate coated with TiC-Ti (CN) in the processing of both structural and workable materials. This result is due to the fact that the top coating layer is multicomponent.
Однако недостатком такого вида режущей пластины является низкий прирост износостойкости. Это связано с тем, что, как показало наше исследование, нижний слой покрытия имеет низкую адгезию с твердосплавной подложкой и твердость, т.к. нитриды титана и молибдена, либо нитриды титана и хрома, либо нитриды титана и ниобия, вследствие высокой температуры плавления молибдена и ниобия, не обладают высокой растворимостью как с карбидами твердосплавной основы, так и с кобальтом. Кроме того, при таком давлении азота формируются нитриды нестехиометрического состава, т.е. с низкой твердостью. Это приводит к быстрому разрушению нижнего слоя после износа верхнего слоя покрытия. Таким образом, низкая адгезия границы раздела нижнего слоя покрытия с подложкой и его невысокая твердость снижают работоспособность покрытия в целом. Поскольку указанные элементы, например, молибден, ниобия являются тугоплавкими, то их не нужно использовать при осаждении нижнего слоя. Температуру осаждения верхнего слоя покрытия также не следует снижать, т.к. при этом в них формируется пористость.However, the disadvantage of this type of insert is the low increase in wear resistance. This is due to the fact that, as our study showed, the lower coating layer has low adhesion with a carbide substrate and hardness, because titanium and molybdenum nitrides, or titanium and chromium nitrides, or titanium and niobium nitrides, due to the high melting point of molybdenum and niobium, do not have high solubility with carbide carbides and cobalt. In addition, at this nitrogen pressure, nitrides of non-stoichiometric composition are formed, i.e. with low hardness. This leads to rapid destruction of the lower layer after wear of the upper coating layer. Thus, the low adhesion of the interface between the lower coating layer and the substrate and its low hardness reduce the overall performance of the coating. Since these elements, for example, molybdenum, niobium are refractory, they do not need to be used in the deposition of the lower layer. The deposition temperature of the top layer of the coating should also not be reduced, because while porosity is formed in them.
Указанные недостатки известного способа, как при осаждении нижнего слоя, так и верхнего, снижают работоспособность режущей пластины в целом, особенно при резании нержавеющих и жаропрочных материалов.These disadvantages of the known method, both during deposition of the lower layer and the upper one, reduce the efficiency of the cutting insert as a whole, especially when cutting stainless and heat-resistant materials.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.These shortcomings are eliminated by the proposed solution.
Решаемая задача - совершенствование режущих пластин с покрытием.The task at hand is the improvement of coated inserts.
Технический результат - повышение износостойкости режущих пластин за счет изменения способа изготовления, в частности, как при осаждении состава нижнего слоя покрытия, так и при осаждении верхнего слоя покрытия.EFFECT: increased wear resistance of cutting inserts due to a change in the manufacturing method, in particular, both during deposition of the composition of the lower coating layer and during deposition of the upper coating layer.
Этот технический результат достигается тем, что в способе изготовления режущих пластин, включающем осаждение вакуумно-плазменным методом на твердосплавную основу двухслойного покрытия, в качестве нижнего слоя при температуре 600°C и давлении азота в камере установки 4,3·10-4 Па наносят нитриды, а в качестве верхнего слоя - нитриды, легированные цирконием, в качестве нижнего слоя наносят нитриды титана и алюминия, а в качестве верхнего слоя легированные цирконием нитриды ниобия и молибдена или ниобия и алюминия, оба слоя наносят при температуре 600°C и давлении азота 4,3·10-4 Па. После нанесения верхнего слоя из камеры откачивают азот, впускают воздух и охлаждают камеру вместе с режущими пластинами.This technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing cutting inserts, including vacuum-plasma deposition on a carbide base of a two-layer coating, nitrides are applied as a lower layer at a temperature of 600 ° C and a nitrogen pressure of 4.3 × 10 -4 Pa in the chamber of the apparatus and as the top layer - zirconium alloyed nitrides, titanium and aluminum nitrides are applied as the bottom layer, and niobium and molybdenum or niobium and aluminum nitrides alloyed as zirconium top layer, both layers are applied at a temperature re 600 ° C and a nitrogen pressure of 4.3 · 10 -4 Pa. After applying the top layer, nitrogen is pumped out of the chamber, air is let in and the chamber is cooled together with the cutting inserts.
Используемые при осаждении нижнего слоя легированные цирконием нитриды титана и алюминия менее тугоплавки, чем используемые в прототипе, повышают адгезию их с твердосплавной подложкой и в целом работоспособность покрытия. Одинаковая температура и давление азота при осаждении обоих слоев исключает формирование нитридов нестехиометрического состава, которые снижают твердость.Used in the deposition of the lower layer doped with zirconium titanium nitrides and aluminum, less refractory than used in the prototype, they increase their adhesion to the carbide substrate and the overall performance of the coating. The same temperature and nitrogen pressure during the deposition of both layers eliminates the formation of non-stoichiometric nitrides, which reduce hardness.
В предлагаемом способе после осаждения верхних слоев, в отличие от известного, азот откачивали, впускали воздух и охлаждали камеру установки вместе с режущими пластинами. В результате, как показали микро-рентгено-спектральные исследования, в верхних слоях покрытия формируются еще и оксинитриды, а пористость отсутствует, что также способствовует повышению износостойкости режущих пластин.In the proposed method, after deposition of the upper layers, in contrast to the known one, nitrogen was pumped out, air was let in and the installation chamber was cooled together with the cutting inserts. As a result, as shown by micro-X-ray spectral studies, oxynitrides are also formed in the upper layers of the coating, and porosity is absent, which also contributes to an increase in the wear resistance of cutting inserts.
Пример осуществления способа.An example implementation of the method.
Изготавливали режущие пластины, где на основу (подложку) из твердого сплава ТТ10К8Б методом КИБ осаждали двухслойные покрытия по 3 мкм каждого слоя. Перед напылением пластины подвергали ультразвуковой обработке и промывке ацетоном и спиртом. Затем пластины помещали в вакуумную камеру установки Булат-6, снабженной тремя испарителями. Камеру откачивали до давления 6,65·10-3 Па, включали поворотное устройство и подавали на него отрицательное напряжение 1,1 кВ. Затем включали один из испарителей и при токе дуги 100 А проводили ионную очистку и нагрев пластин до температур 600±30°C. Включали два испарителя, содержащие два катода: из титана и алюминия и подавали реакционный газ-азот, осаждая слоя нитрида (AlTi)N при давлении 4,3×l04 Па толщиной 3 мкм в течении 18 мин при температуре 600°С. Нижний слой формировали из нитридов титана и алюминия, а верхний слой осаждали из нитридов ниобия и молибдена или ниобия и алюминия, но их получали трехкомпонентными, т.к. они содержали и цирконий, причем осаждение верхнего слоя проводили при том же давлении азота, т.е. при 4,3×10-4 Па при температуре 600°С. После осаждения верхнего слоя из камеры откачивали азот и впускали воздух, охлаждая камеру установки вместе с режущими пластинами до полного остывания.Cutting inserts were made, where two-layer coatings of 3 μm of each layer were deposited by the KIB method on the base (substrate) of the TT10K8B hard alloy. Before spraying, the plates were subjected to ultrasonic treatment and washing with acetone and alcohol. Then the plates were placed in the vacuum chamber of the Bulat-6 unit equipped with three evaporators. The camera was pumped out to a pressure of 6.65 · 10 -3 Pa, the rotary device was turned on and a negative voltage of 1.1 kV was applied to it. Then one of the evaporators was switched on and, at an arc current of 100 A, ion cleaning and heating of the plates to temperatures of 600 ± 30 ° C were carried out. Two evaporators containing two cathodes were turned on: from titanium and aluminum, and reaction nitrogen gas was supplied, precipitating a layer of nitride (AlTi) N at a pressure of 4.3 × 10 Pa with a thickness of 3 μm for 18 min at a temperature of 600 ° С. The lower layer was formed from titanium and aluminum nitrides, and the upper layer was deposited from niobium and molybdenum or niobium and aluminum nitrides, but they were obtained in three components, because they contained zirconium, and the deposition of the upper layer was carried out at the same nitrogen pressure, i.e. at 4.3 × 10 -4 Pa at a temperature of 600 ° C. After deposition of the upper layer, nitrogen was pumped out of the chamber and air was let in, cooling the setup chamber together with the cutting plates until they completely cooled.
Осаждали также такие же двухслойные покрытия по известному способу, где давление азота при осаждении нижних и верхних слоев составляло 7,5·10-4 Па при температуре 600°С±30.The same two-layer coatings were also precipitated by a known method, where the nitrogen pressure during deposition of the lower and upper layers was 7.5 · 10 -4 Pa at a temperature of 600 ° C ± 30.
Результаты испытаний пластин приведены в таблице.The test results of the plates are shown in the table.
Осуществляли точение жаропрочной стали Х18Н9Т. Режим резания: скорость резания V=50 м/мин, глубина резания t=2 мм, подача - S=0,21 мм/об. Определяли Т-время резания при достижении износа режущей пластины по задней поверхности h3=0,4 мм. Испытаниям подвергали предлагаемые четырехгранные режущие пластины и режущие пластины по прототипу. Результаты испытания покрытий приведены в таблице.Turning of heat-resistant steel X18H9T was carried out. Cutting mode: cutting speed V = 50 m / min, cutting depth t = 2 mm, feed - S = 0.21 mm / rev. The cutting T-time was determined when the wear of the cutting insert on the rear surface h3 = 0.4 mm was achieved. Tests were subjected to the proposed tetrahedral cutting inserts and cutting inserts of the prototype. The test results of the coatings are shown in the table.
Осуществляли также осаждение и испытания других видов покрытия по известному способу (патент №2410466), т.е. где нижние слои содержали нитриды титана и хрома, либо нитриды титана и молибдена, а верхние слои те же нитриды, что и в нижних слоях, но и легированные еще цирконием. Но их работоспособность оказывалась ниже, чем покрытия по предлагаемому способу.Also carried out the deposition and testing of other types of coatings by a known method (patent No. 2410466), i.e. where the lower layers contained titanium and chromium nitrides, or titanium and molybdenum nitrides, and the upper layers are the same nitrides as in the lower layers, but also doped with zirconium. But their performance was lower than the coating according to the proposed method.
По результатам испытаний режущих пластин, приведенных в таблице, видно, что режущая пластина, изготовленная по предлагаемому способу, обеспечивает повышение износостойкости до 2 раз. Преимущество предлагаемого способа изготовления режущей пластины: обеспечивается как высокая адгезия нижнего слоя покрытия с основой, так и его твердость. В результате оно становится более износостойким и оказывает сопротивляемость разрушению после износа верхнего слоя покрытия.According to the test results of the cutting inserts shown in the table, it can be seen that the cutting plate made by the proposed method provides an increase in wear resistance up to 2 times. The advantage of the proposed method for manufacturing a cutting insert: both high adhesion of the lower coating layer to the base and its hardness are ensured. As a result, it becomes more wear-resistant and resists fracture after wear of the upper coating layer.
Время резания до износа h3 = 0.4 mm per minute
Cutting time before wear
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012117062/02A RU2502827C1 (en) | 2012-04-26 | 2012-04-26 | Method of producing inserts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012117062/02A RU2502827C1 (en) | 2012-04-26 | 2012-04-26 | Method of producing inserts |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012117062A RU2012117062A (en) | 2013-11-10 |
| RU2502827C1 true RU2502827C1 (en) | 2013-12-27 |
Family
ID=49516493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012117062/02A RU2502827C1 (en) | 2012-04-26 | 2012-04-26 | Method of producing inserts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2502827C1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2557868C2 (en) * | 2013-12-03 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method for multi-layer coating obtaining for cutting tool |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11511078A (en) * | 1995-07-24 | 1999-09-28 | サンドビック アクティエボラーグ | CVD coated titanium based carbonitride cutting tool insert |
| JP2000326107A (en) * | 1999-05-19 | 2000-11-28 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Hard film coating tool |
| RU2173241C2 (en) * | 1995-10-27 | 2001-09-10 | Теледайн Индастриз, Инк. | Cutting tool plate and method of its producing |
| RU2410466C1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of producing multi-layer coat for cutting tool |
| RU2414539C1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Procedure for cutting tool multi-layer coating |
| JP4885859B2 (en) * | 2004-09-10 | 2012-02-29 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | Cutting tool with wear-resistant coating and method for producing the same |
-
2012
- 2012-04-26 RU RU2012117062/02A patent/RU2502827C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11511078A (en) * | 1995-07-24 | 1999-09-28 | サンドビック アクティエボラーグ | CVD coated titanium based carbonitride cutting tool insert |
| RU2173241C2 (en) * | 1995-10-27 | 2001-09-10 | Теледайн Индастриз, Инк. | Cutting tool plate and method of its producing |
| JP2000326107A (en) * | 1999-05-19 | 2000-11-28 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Hard film coating tool |
| JP4885859B2 (en) * | 2004-09-10 | 2012-02-29 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | Cutting tool with wear-resistant coating and method for producing the same |
| RU2410466C1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of producing multi-layer coat for cutting tool |
| RU2414539C1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Procedure for cutting tool multi-layer coating |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012117062A (en) | 2013-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2478138C1 (en) | Method of vacuum-ion-plasma deposition of multilayer wear-proof coating for cutting tool | |
| RU2553773C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
| RU123356U1 (en) | CUTTING PLATE FOR TREATMENT OF TITANIUM ALLOYS | |
| RU2538056C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
| KR20100034013A (en) | Tool with multilayered metal oxide coating and method for producing the coated tool | |
| RU2548852C2 (en) | Method of sandwiched coating obtainment for cutting tool | |
| RU2461654C1 (en) | Method of making multilayer coating for cutting tool | |
| RU2502827C1 (en) | Method of producing inserts | |
| RU116081U1 (en) | CUTTING PLATE | |
| RU2548855C2 (en) | Procedure for cutting tool multi-layer coating | |
| RU2545972C2 (en) | Method to produce multi-layer coating for cutting tool | |
| RU2485208C2 (en) | Cutting plate manufacturing method | |
| RU2558310C2 (en) | Method for obtaining multi-layer coating for cutting tool | |
| RU2620532C2 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
| RU2622540C1 (en) | Method of producing multi-layer coating for cutting tool | |
| RU2548859C2 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
| RU2538059C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
| RU2464343C1 (en) | Method for obtaining multi-layered coating for cutting tool | |
| RU2561612C2 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
| RU2461655C1 (en) | Method of making multilayer coating for cutting tool | |
| RU2616720C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
| RU2561578C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
| RU2620530C1 (en) | Method of producing sandwiched coating for cutting tool | |
| RU2532741C1 (en) | Method of obtaining multi-layered coating for cutting instrument | |
| RU2616718C1 (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: 20160427 |