RU2710406C2 - Режущий инструмент с покрытием - Google Patents

Режущий инструмент с покрытием Download PDF

Info

Publication number
RU2710406C2
RU2710406C2 RU2018105053A RU2018105053A RU2710406C2 RU 2710406 C2 RU2710406 C2 RU 2710406C2 RU 2018105053 A RU2018105053 A RU 2018105053A RU 2018105053 A RU2018105053 A RU 2018105053A RU 2710406 C2 RU2710406 C2 RU 2710406C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
cutting tool
pvd
coated cutting
nanolayer
Prior art date
Application number
RU2018105053A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2018105053A3 (ru
RU2018105053A (ru
Inventor
Эмманюэль ГЁТЕЛИД
Мари ПЕТТЕРССОН
Original Assignee
Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб
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 Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб filed Critical Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб
Publication of RU2018105053A publication Critical patent/RU2018105053A/ru
Publication of RU2018105053A3 publication Critical patent/RU2018105053A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2710406C2 publication Critical patent/RU2710406C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021—Cleaning or etching treatments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/42—Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к режущему инструменту с покрытием. Режущий инструмент с покрытием содержит корпус из твердого сплава и покрытие, нанесенное осаждением из газовой фазы (PVD). Корпус из твердого сплава имеет состав: 5-18 мас.% Co, 0,1-2,5 мас.% Cr, 0-10 мас.% карбидов или карбонитридов, за исключением WC, металлов 4, 5 и 6 группы Периодической таблицы элементов, и остальное – WC. Упомянутое PVD-покрытие представляет собой нанослойное PVD-покрытие (Ti,Al,Cr)N со средним составом TiaAlbCrcN, причем a=0,25-0,7, b=0,3-0,7 и c=0,01-0,2, a+b+c=1. Указанное PVD-покрытие представляет собой нанослойное PVD-покрытие A/B/A/B/A…, в котором подслои A и B состоят, соответственно, A: TiuAlvCrwN, причем u=0,1-0,4, v=0,5-0,8, w=0,01-0,3, u+v+w=1, и B: TixAlyCrzN, причем x=0,4-0,7, y=0,3-0,6, z=0-0,2, x+y+z=1, u<x и v>y, при этом толщина PVD-покрытия равна 0,5-10 мкм. Обеспечивается устойчивость режущего инструмента к абразивному и химическому износу, и высокая устойчивость к отслаиванию. 13 з.п. ф-лы, 2 ил., 6 табл., 11 пр.

Description

Настоящее изобретение относится к режущему инструменту с покрытием. Режущий инструмент с покрытием содержит корпус из твердого сплава и покрытие, нанесенное осаждением из газовой фазы (PVD).
Введение
В технике хорошо известны режущие инструменты с PVD-покрытием, где PVD-покрытие, нанесено на твердосплавную подложку (субстрат).
Нанослойные PVD-покрытия, состоящие из множества подслоев различного состава, применяются уже долгое время. Эти покрытия включают различные подслои A, B, C…, которые, как правило, представляют собой нитриды металлов, многократно осажденные в виде, например, A/B/A/B/A… или A/B/C/A/B/C/A… Отдельные подслои обычно обладают толщиной от 3 до 100 нм и часто от 5 до 25 нм, что означает, что имеется большое общее число подслоев на каждый мкм толщины нанослойного PVD-покрытия. Металлы могут принадлежать к 4, 5 и 6 группам Периодической таблицы элементов, например, Ti, Zr, V и Cr; также часто используют Al и Si. Конкретные примеры - это, например, нанослойные покрытия, где отдельные слои - это TiAlN и TiN или различные подслои TiAlN с различными соотношениями Ti/Al.
Субстраты из твердого сплава в режущих инструментах могут содержать различные количества фазы связующего, обычно Co. Помимо основного компонента, WC, также могут присутствовать другие твердые компоненты, такие как карбиды Ti, Ta и Nb. Также могут быть добавлены такие элементы, как Cr. Особое сочетание компонентов в твердом сплаве, а также особый способ спекания, позволяет получить фактическую микроструктуру и влияют на такие свойства, как прочность и твердость.
Фрезеровка стали - это важный способ промышленного резания металлов. Материалы ISO P применяют особенно широко. Фрезеровочные работы требуют обработки металлов резанием, которая по своей природе обычно неравномерна. Термическая и механическая нагрузка меняются во времени. Первая вызывает появление термических напряжений, которые могут приводить к так называемым термическим трещинам в покрытиях, в то время как последняя может вызвать выкрашивание режущей кромки вследствие усталости. Таким образом, обычные виды износа при фрезеровке - это растрескивание и выкрашивание, т.е. отделение небольших фрагментов режущей кромки от остального субстрата. Оба вида износа могут усиливаться при отслаивании покрытия на ранней стадии. Поэтому повышение устойчивости к термическому растрескиванию, прочности кромки и сопротивления отслаиванию имеют огромное значение для повышения срока службы инструмента. PVD-покрытия обычно применяют в случае режущих инструментов при фрезеровочных работах. Применение нанослойного PVD-покрытия вообще вместо гомогенного PVD-покрытия может снизить распространение трещин в покрытии. Также нанослойное покрытие, включающее, в частности, более твердые подслои, перемежающиеся более мягкими подслоями, может дополнительно снижать риск выкрашивания путем поглощения ударов более мягкими подслоями.
Таким образом, при применении сталей ISO P при фрезеровке требуется режущий инструмент с покрытием, демонстрирующий одновременное сочетание высокой прочности кромки (устойчивость к выкрашиванию кромки), высокой устойчивости к термическому растрескиванию, высокой устойчивости к отслаиванию, высокой химической стойкости и абразивной износостойкости.
В противоположность фрезеровке обточка - это непрерывная механическая обработка. Термостойкие жаропрочные сплавы (HRSA) и титан, т.е. материалы ISO S, - это важные материалы, например, в аэрокосмической промышленности. Обработка материалов ISO S сложна из-за свойств материала заготовок. Такие материалы твердые и подвергаются засаливанию. Их обработка приводит к выделению большого количества тепла и способствует таким механизмам износа, как адгезионный, абразивный и химический износ. Формирование зарубрин, отслаивание и выкрашивание - обычные причины сокращения срока службы рабочего инструмента. Таким образом, при обточке материалов ISO S требуется режущий инструмент с покрытием, демонстрирующий одновременное сочетание высокой прочности кромки (устойчивость к выкрашиванию кромки), устойчивости к абразивному и химическому износу и высокой устойчивости к отслаиванию. Благодаря их прочности и прочности при высоких температурах нанокристаллические PVD-покрытия с высоким содержанием Al широко применяются при механической обработке материалов ISO S.
В EP 1 795 628 A1 описан режущий инструмент с покрытием для фрезерования стальных сплавов и нержавеющих сталей, где на субстрат из твердого сплава, содержащий 8-11 мас.% Co и 0,1-0,5 мас.% Cr, методом осаждения паров в условиях вакуума нанесено нанослойное покрытие A/B/A/B/A…, где подслои A и B состоят из AlxTi1-xN и TiyAl1-yN, x=0,4-0,7 и y=0,6-1, x<y.
В EP 2 011 894 A1 описана режущая пластина режущего инструмента с покрытием для разрезания, проточки канавок и нарезки резьбы в случае сталей и нержавеющих сталей; пластина включает субстрат из твердого сплава и PVD-покрытие, состоящее из двух слоев (Ti,Al)N с различным соотношением Ti/Al. В одном варианте осуществления PVD-покрытие изготовлено из внутреннего непериодического ламельного покрытия из TiAlN, состоящего из чередующихся слоев AlzTi1-zN И AlvTi1-vN, где z=0,55-0,70, v=0,35-0,53, и внешнего ламельного покрытия (Ti,Al)N, состоящего из чередующихся слоев AlmTi1-mN, AlnTi1-nN и AlkTi1-kN, где m=0-0,1, n=0,35-0,53 и k=0,55-0,70. Субстрат из твердого сплава содержит 7,5-10,5 мас.% Co и 0,8-1,0 мас.% Cr.
В EP 2 008 743 A1 описана режущая пластина режущего инструмента с покрытием для обточки жаропрочных суперсплавов и нержавеющих сталей с субстратом из твердого сплава и PVD-покрытием, представлявшим собой непериодическое слоистое покрытие (Ti,Al)N со средним составом 0,4-0,7. Отдельные слои имеют состав AlxTi1-xN, где x=0,4-0,7, и TiyAl1-yN, где y=0,6-1. Субстрат из твердого сплава содержит 5-8 мас.% Co и 0,3-1,5 мас.% Cr.
Сущность изобретения
Предложен режущий инструмент с нанослойным PVD-покрытием (Ti,Al,Cr)N, нанесенным на субстрат из Cr-содержащего твердого сплава, который превосходит ранее известные режущие инструменты для механической обработки материалов ISO P, что требует сочетания высокой устойчивости к термическому растрескиванию с высокой прочностью кромки, как при фрезеровочных работах.
Режущий инструмент с покрытием согласно настоящему изобретению также превосходит ранее известные режущие инструменты для обработки резанием, такой как обточка, жаропрочных суперсплавов (HRSA) и титана, т.е. материалов ISO S, где требуется высокая износостойкость в сочетании с высокой прочностью кромки.
Режущий инструмент с покрытием может представлять собой режущую пластину с покрытием, такую как режущая пластина с покрытием для обточки, или режущая пластина с покрытием для фрезерования, или режущая пластина с покрытием для сверления, или режущая пластина с покрытием для нарезания резьбы, или режущая пластина с покрытием для резания и нанесения канавок. Режущий инструмент с покрытием также может представлять собой сверло из сплошного карбида с покрытием или концевую фрезу.
В соответствии с настоящим изобретением представлен режущий инструмент с покрытием, имеющий корпус из твердого сплава и PVD-покрытие, корпус из твердого сплава имеет состав: 5-18 мас.% Co, 0,1-2,5 мас.% Cr, 0-10 мас.% карбидов или карбонитридов (кроме WC) металлов 4, 5 и 6 группы Периодической таблицы элементов и остаток из WC, PVD-покрытие представляет собой нанослойное PVD- покрытие (Ti,Al,Cr)N со средним составом TiaAlbCrcN, где a=0,25-0,7, b=0,3-0,7 и c=0,01-0,2, a+b+c=1, PVD-покрытие представляет собой нанослойное PVD-покрытие A/B/A/B/A…, где подслои A и B имеют следующий состав: A: TiuAlvCrwN, u=0,1-0,4, v=0,5-0,8, w=0,01-0,3, u+v+w=1, и B: TixAlyCrzN, x=0,4-0,7, y=0,3-0,6, z=0-0,2, x+y+z=1, u<x и v>y; толщина нанослойного PVD-покрытия, составляет 0,5-10 мкм.
Схематическое изображение нанослойного PVD-покрытия (Ti,Al,Cr)N, нанесенного на корпус, приведено на фиг. 1.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 6-15 мас.% Co.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 6-14 мас.% Co.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 8-12 мас.% Co.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 9-11 мас.% Co.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 10-15 мас.% Co.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 12-15 мас.% Co.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 6-8 мас.% Co.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 0,1-2,5 мас.% Cr.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 0,2-2 мас.% Cr.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 0,4-1,8 мас.% Cr.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 0,6-1,6 мас.% Cr.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава содержит 0,8-1,4 мас.% Cr.
В одном варианте осуществления твердый сплав имеет состав 8-12 мас.% Co, предпочтительно 9-11 мас.% Co и 0,6-1,8 мас.% Cr, предпочтительно 0,8-1,6 мас.% Cr, и остаток из WC. Это предпочтительный вариант осуществления, где режущий инструмент с покрытием - это режущая пластина с покрытием для фрезерования материалов ISO P.
В одном варианте осуществления твердый сплав имеет состав 12-15 мас.% Co и 0,8-2 мас.% Cr, предпочтительно 1-1,8 мас.% Cr, и остаток из WC. Это другой предпочтительный вариант осуществления, где режущий инструмент с покрытием - это режущая пластина с покрытием для фрезерования материалов ISO P.
В одном варианте осуществления твердый сплав имеет состав 6-8 мас.% Co и 0,4-1,2 мас.% Cr, предпочтительно 0,5-1 мас.% Cr, и остаток из WC. Это предпочтительный вариант осуществления, где режущий инструмент с покрытием - это режущая пластина с покрытием для обточки материалов ISO S.
Весовое отношение Cr/Co в корпусе из твердого сплава равно, соответственно, 0,01-0,2, или 0,02-0,19, или 0,03-0,18, или 0,04-0,16, или 0,05-0,15, или 0,06-0,14, или 0,07-0,13, или 0,08-0,12.
Корпус из твердого сплава может также включать добавки одного или более металлов Me, таких как Ti, Ta, Nb, V и Zr, в количестве 50-300 ppm по весу или 100-200 ppm по весу.
Корпус из твердого сплава может содержать 0-5 мас.%, или 0-3 мас.%, или 0-1 мас.%, или 0-0,5 мас.%, или 0-0,1 мас.% карбидов или карбонитридов одного или более металлов 4, 5 и 6 группы Периодической таблицы элементов, помимо WC.
Металлы из 4, 5 и 6 групп Периодической таблицы элементов - это, соответственно, металлы из группы Ti, Ta, Nb, V, Zr, Cr, W и Mo.
В одном из вариантов осуществления корпус из твердого сплава фактически не содержит фаз выделения в фазе связующего Co, за исключением WC.
Твердый сплав может содержать небольшие количества (<1 об. % или <0,5 об. %) выделений так называемой эта-фазы или других примесей без каких-либо неблагоприятных эффектов.
Корпус из твердого сплава, соответственно, содержит Me/Co в атомном отношении (ат. % Ti+ат. % Ta+ат. % Nb+ат. % V+ат. % Zr)/ат. % Co, что меньше или равно 0,014-(CW_Cr)*0,008 и больше 0,0005, предпочтительно больше 0,0007, с Cw_Cr 0,75-0,95, предпочтительно 0,80-0,92, где:
CW_Cr=(магнитный % Co+1,13* мас.% Cr)/ мас.% Co.
Магнитные свойства твердых сплавов определяются ферромагнитными свойствами связующей фазы Co, тогда как жесткие фазы (WC и т. д.) не являются ферромагнетиками. Вклад Co в фазе связующего в измеренном магнитном моменте всегда составляет только долю от (теоретического) магнитного момента 100% чистого Co. Это может быть связано, например, с тем, что некоторые металлы в составе твердого сплава, такие как W и Cr, могут растворяться в связующей фазе Co во время спекания и вызывать снижение ферромагнитных свойств в фазе связующего Co по сравнению с чистым Co. Таким образом, термин "магнитный % Co" означает магнитный момент, измеренный по отношению к магнитному моменту чистого Co.
Магнитная коэрцитивность корпуса из твердого сплава составляет, соответственно, 14-30 кА/м, или 16-29 кА/м, или 18-28 кА/м.
В одном варианте осуществления магнитная коэрцетивность корпуса из твердого сплава составляет 25-29 кА/м.
В одном варианте осуществления магнитная коэрцетивность корпуса из твердого сплава составляет 18-24 кА/м.
Для измерений коэрцитивности используется стандарт DIN IEC 60404-7 (Определение напряженности коэрцитивного поля в открытой магнитной цепи).
Размер зерен d для WC в корпусе из твердого сплава составляет, соответственно, 0,20-0,80 мкм, или 0,25-0,75 мкм, или 0,30-0,70 мкм, или 0,30-0,50 мкм.
Размер зерна d для WC определяют по магнитной коэрцитивности. Соотношение между коэрцитивностью и размером зерна в WC описано, например, в Roebuck et al., Measurement Good Practice No. 20, National Physical Laboratory, ISSN 1368-6550, November 1999, Revised February 2009, Section 3,4,3, pp. 19-20. Для целей такого применения размер зерна d в WC определяют в соответствии с формулой (8) на стр. 20 в указанной ссылке:
K=(c1+d1WCo)+ (c2+d2WCo)/d. Преобразование дает:
d=(c2+d2WCo)/ (K-(c1+d1WCo)), где
d - размер зерен WC в корпусе из твердого сплава, K - коэрцитивность корпуса из твердого сплава в кА/м, измеренная здесь в соответствии со стандартом DIN IEC 60404-7, WCo - мас.% Co в корпусе из твердого сплава, c1=1,44, c2=12,47, d1=0,04 и d2=-0,37.
Средний состав TiaAlbCrcN нанослойного PVD-покрытия отвечал, предпочтительно a=0,28-0,55, наиболее предпочтительно a=0,3-0,45, предпочтительно b=0,4-0,65, наиболее предпочтительно b=0,5-0,6 и предпочтительно c=0,02-0,15, наиболее предпочтительно c=0,03-0,12, a+b+c=1.
Для подслоя A нанослойного PVD-покрытия TiuAlvCrwN, u составляет, соответственно, 0,15-0,35, предпочтительно 0,2-0,3, v составляет, соответственно, 0,55-0,75, предпочтительно 0,6-0,7, w=0,02-0,2, предпочтительно 0,05-0,15, u+v+w=1.
Для подслоя B нанослойного PVD-покрытия TixAlyCrzN, x равно, соответственно, 0,45-0,6, предпочтительно 0,45-0,55, y равно, соответственно, 0,35-0,55, z=0-0,15, предпочтительно 0-0,10, наиболее предпочтительно 0-0,05, x+y+z=1.
В одном варианте осуществления y=0,35-0,45.
В одном варианте осуществления y=0,45-0,55.
В одном варианте осуществления z=0.
В одном варианте осуществления нанослойное PVD-покрытие включает подслои A и B, состоящие, соответственно из:
A: TiuAlvCrwN, u=0,15-0,35, v=0,55-0,75, w=0,02-0,2 и
B: TixAlyCrzN, x=0,45-0,6, y=0,35-0,55, z=0-0,15.
Атомное отношение Ti/Al в среднем составе TiaAlbCrcN нанослойного PVD-покрытия, т.е. a/b в среднем составе TiaAlbCrcN нанослойного PVD-покрытия, равно, соответственно, 0,4-1,2, предпочтительно 0,4-1,0, более предпочтительно 0,4-0,85, даже более предпочтительно 0,5-0,8, наиболее предпочтительно 0,6-0,75.
Нанослойное PVD-покрытие, может быть непериодическим или периодическим в зависимости, например, от конструкции аппарата для нанесения PVD-покрытия, движения покрываемых заготовок по отношению к мишеням и т.д.
В одном варианте осуществления нанослойное PVD-покрытие - это непериодическое покрытие.
В одном варианте осуществления нанослойное PVD-покрытие - это периодическое покрытие.
Толщина каждого подслоя A и B нанослойного PVD покрытия равна 3-100 нм, или 3-75 нм, или 5-50 нм, или 5-25 нм.
Общее число подслоев A и B на каждый мкм нанослойного PVD-покрытия, составляло, соответственно, 15-200, или 25-150, или 50-125.
Толщина нанослойного PVD-покрытия (либо на передней поверхности, либо на задней поверхности, либо с обеих сторон режущего инструмента с покрытием), равна 0,5-10 мкм, или 1-8 мкм, или 1-6 мкм, или 2-6 мкм.
В одном варианте осуществления толщина нанослойного PVD-покрытия (либо на передней поверхности, либо на задней поверхности, либо на обеих поверхностях режущего инструмента с покрытием), составляет 3-5 мкм. Это предпочтительный вариант осуществления, где режущий инструмент с покрытием - это режущая пластина с покрытием для фрезерования материалов ISO P.
В одном варианте осуществления толщина нанослойного PVD-покрытия (либо на передней поверхности, либо на задней поверхности, либо на обеих поверхностях режущего инструмента с покрытием), составляет 1-4 мкм, предпочтительно 1,5-3,5 мкм. Это предпочтительный вариант осуществления, где режущий инструмент с покрытием - это режущая пластина с покрытием для обточки материалов ISO P.
Толщина нанослойного PVD-покрытия была измерена как на участке передней поверхности в 200 мкм от середины кромки, так и на участке задней поверхности в 200 мкм от середины кромки, например, при помощи светооптической микроскопии. На каждом из двух участков измеряли толщины слоев на трех участках покрытия и рассчитывали средние значения.
Могут иметься дальнейшие слои поверх нанослойного PVD-покрытия, но их общая толщина не должна превышать 50%, предпочтительно не должна превышать 25%, от толщины нанослойного PVD-покрытия. Из возможных дальнейших слоев может иметься внешний PVD-слой (Ti,Al)N толщиной 0,1-1 мкм, нанесенный, например, для окрашивания. Кроме того, из возможных дальнейших слоев может иметься внутренний PVD-слой TiN, толщиной 0,1-0,5 мкм например, нанесенный для обеспечения адгезии.
Нанослойное покрытие (Ti,Al,Cr)N может также включать один металлический элемент Me или более в небольших количествах, несущественно влияющих на свойства заявленного покрытия (Ti,Al,Cr)N, например, вследствие наличия примесей в мишенях, применяемых в процессе PVD-нанесения покрытия, например, менее 1 ат. %, или менее 0,5 ат. %, или менее 0,3 ат. %, или менее 0,1 ат. % от суммы Ti+Al+Cr+Me в нанослойном покрытии. Me - это один или более металлов из Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, Fe, W и Si.
Нанослойное PVD-покрытие можно получить путем катодного дугового испарения в вакуумной камере. Мишени соответствующего состава помещают в вакуумную камеру для получения желательного нанослойного PVD-покрытия. Используют, соответственно, смещение постоянным током, а другие технологические параметры, такие как поток и давление N2, напряжение смещения, анодный ток, температура и время, необходимо подобрать, что известно экспертам в области физического осаждения из газовой фазы.
Напряжение смещения составляет, соответственно, 30-100 В, или 40-90 В, или 50-80 В.
Температура при осаждении нанослойного PVD-покрытия равна, соответственно, 250-750°C, предпочтительно 300-600°C, наиболее предпочтительно 350-500°C.
Корпус режущего инструмента из твердого сплава с покрытием, т.е. после нанесения PVD-покрытия, обладает, соответственно, остаточным напряжением RSтc от -1 до -4 ГПа или от -1,2 до -3 ГПа. Поскольку значения отрицательные, остаточное напряжение является сжимающим.
PVD-покрытие, обладало, соответственно, остаточным напряжением RSPVD от -0,5 до -4,5 ГПа или от -1,5 до -3,5 ГПа. Поскольку значения отрицательные, остаточное напряжение является сжимающим.
Различие между остаточным напряжением RSтc корпуса из твердого сплава и остаточным напряжением RSPVD в PVD-покрытии, таково, что абсолютное значение разности |RSтc-RSPVD| равно, соответственно 0-1,5 ГПа, или 0-1 ГПа, или 0-0,8 ГПа, или 0-0,6 ГПа, или 0-0,4 ГПа.
Остаточное напряжение оценивали при помощи измерений методом рентгеновской дифракции с применением хорошо известного метода sin2ψ, как описано в I.C. Noyan, J.B. Cohen, Residual Stress Measurement by Diffraction and Interpretation, Springer-Verlag, New York, 1987 (pp. 117-130). См. также, например, V Hauk, Structural and Residual Stress analysis by Nondestructive Methods, Elsevier, Amsterdam, 1997. Для PVD-покрытия измерения осуществляют с применением CuKα-излучения по рефлексу (Ti,Al,Cr)N (200). Для корпуса из твердого сплава измерения осуществляют с применением CuKα-излучения по рефлексу WC (300). Метод определения кинематического угла наклона (ψ-геометрия) использовали с шесть-одиннадцатью, предпочтительно восемью ψ-углами, равноудаленными в выбранном диапазоне sin2ψ. Предпочтительно равноудаленное распределение Φ-углов в Φ-секторе, равном 90°. Для подтверждения состояния двуосного напряжения образец вращают на углы Φ=0 и 90° при наклоне на ψ. Рекомендуется исследовать возможное присутствие сдвиговых напряжений, поэтому измеряют как отрицательные, так и положительные ψ-углы. В случае весов Эйлера на 1/4 этого достигают путем измерения образца также при Φ=180 и 270° для различных ψ-углов. Измерение осуществляют на настолько плоской поверхности, насколько возможно, предпочтительно на задней поверхности режущей пластины. Для калибровки значений остаточного напряжения для покрытия, нанесенного методом осаждения паров в условиях вакуума, применяют коэффициент Пуассона ν=0,33 и модуль Юнга E=350 ГПа, а для корпуса из твердого сплава используют коэффициент Пуассона ν=0,19 и модуль Юнга E=650 ГПа. Данные оценивают с применением коммерческого программного обеспечения, такого как DIFFRACPlus Stress32 v. 7,7 (Bruker AXS), предпочтительно выделяющего рефлексы (Ti,Al,Cr)N (200) и WC (300), соответственно, с применением псевдовойтовой функции. Общее значение напряжения рассчитывают как среднее от полученных двухосных напряжений.
ПРИМЕРЫ
Пример 1 (изобретение):
Имелись фрезерные заготовки из твердого сплава (с геометрией R390-1108T3M-PM) с составом, включающим 10,0 мас.% Co, 1,0 мас.% Cr, 0,013 мас.% Ti, 0,010 мас.% Ta и остаточным WC. Таким образом, весовое соотношение Cr/Co было равно 0,10. Заготовки были изготовлены из прессованного порошка, подвергнутого спеканию. Их магнитная коэрцитивность, измеренная при помощи устройства FÖRSTER KOERZIMAT CS 1,096 (Foerster Instruments Inc.) согласно DIN IEC 60404-7, составляла 21,5 кА/м; их значение намагниченности (магнитный % по Co) было равно 7,9, что соответствовало соотношению CW_Cr, равному 0,90. Размер зерен WC, определенный ранее в описании по коэрцитивности, составлял 0,45 мкм.
Нанослойное PVD-покрытие получали путем катодного дугового испарения в вакуумной камере. Вакуумная камера имеет четыре полки для дуговой обработки. Мишени состава Ti50Al50 располагали на двух полках напротив друг друга. Далее, мишени состава Ti25Al65Cr10 располагали на оставшихся двух полках напротив друг друга. См. фиг. 2.
Непокрытые заготовки располагали на стержнях, подвергавшихся тройному вращению в камере для физического осаждения из газовой фазы.
Имелся столик для субстрата с рядом колодок с участками для стержней для заготовок как на верхнем, так и на нижнем уровне.
Сначала осуществляли стадию травления Ar плазмой.
На последующей стадии нанесения покрытия получали нанослойное PVD-покрытие (Ti,Al,Cr)N. Использованные технологические параметры приведены в таблице 2. Выбирали соответствующий ток дугового разряда для достижения желательной скорости осаждения.
Время нанесения, равное 90 мин, приводило к получению покрытия толщиной 2,7 мкм на передней поверхности и 3,6 мкм на задней поверхности (на контрольных заготовках).
Таблица 2
Давление N2 Напряжение смещения Тип смещения Время Вращение столика Темп.
4,10-2 мбар 70 В смещение постоянным током 75 мин 3 об/мин 550°C
Покрытие представляло собой бинарное A+B+A+B+... непериодическое многослойное покрытие, т.е. слои с нерегулярной толщиной.
Средний состав покрытия по данным EDS (энергодисперсионная спектроскопия) при помощи прибора Hitachi S-4300 FEG-SEM отвечал Ti0,38Al0,56Cr0,06N.
Толщины подслоев A и B были в диапазоне от примерно 10 до примерно 25 нм. В среднем 15 нм. Число подслоев A и B на каждый мкм составляло около 70.
Пример 2 (изобретение):
Режущий инструмент с покрытием изготавливали в соответствии с технологией, описанной в Примере 1, с применением фрезерных заготовок из твердого сплава с одинаковой геометрией и составом, но с использованием мишеней из Ti50Al40Cr10 и Ti25Al65Cr10.
Покрытие состояло из бинарного непериодического мультислоя A+B+A+B+..., т.е. слоев с различной толщиной, но со средней толщиной слоя A+B, равной 60-120 нм.
Средний состав покрытия: Ti0,37Al0,53Cr0,10N.
Измеренная толщина покрытия - 2,9 мкм на передней поверхности и 3,8 мкм на задней поверхности (на контрольных заготовках).
Пример 3 (изобретение):
Режущий инструмент с покрытием изготавливали в соответствии с технологией, описанной в Примере 1, с применением фрезерных заготовок из твердого сплава с одинаковой геометрией и составом, но при снижении температуры нанесения покрытия до 500°C и повышении напряжения смещения до 70 В.
Толщина покрытия составляла около 2,5 мкм на передней поверхности и 3,5 мкм на задней поверхности (на контрольных заготовках).
Средний состав покрытия по данным EDS (энергодисперсионная спектроскопия) при помощи прибора Hitachi S-4300 FEG-SEM отвечал Ti0,38Al0,56Cr0,06N.
Измеряли остаточное напряжение в корпусе из твердого сплава с PVD-покрытием и в покрытии. Результаты приведены в таблице 3.
Таблица 3
Номер образца Корпус из твердого сплава
(после нанесения покрытия)		 PVD-Покрытие
Φ=0° Φ=90° Φ=0° Φ=90°
Пример 3 (изобретение) -2,1 ГПа -2,2 ГПа -2,5 ГПа -2,4 ГПа
Пример 4 (сравнение):
Режущий инструмент с покрытием изготавливали в соответствии с технологией, описанной в Примере 1, с применением фрезерных заготовок из твердого сплава с одинаковой геометрией и составом, но с использованием мишеней из Ti75Al25 и Ti40Al60.
Покрытие состояло из бинарного непериодического мультислоя A+B+A+B+..., т.е. слоев с различной толщиной, но со средней толщиной слоя A+B, равной 60-120 нм.
Средний состав покрытия: Ti0,60Al0,40N.
Измеренная толщина покрытия - 2,3 мкм на передней поверхности и 3,3 мкм на задней поверхности (на контрольных заготовках).
Пример 5 (сравнение):
Режущий инструмент с покрытием изготавливали в соответствии с технологией, описанной в Примере 1, с применением фрезерных заготовок из твердого сплава с одинаковой геометрией и составом, но с использованием мишеней одинакового состава, из Ti50Al40Cr10.
Покрытие состояло из монолитного слоя Ti50Al40Cr10N.
Измеренная толщина покрытия - 2,3 мкм на передней поверхности и 3,5 мкм на задней поверхности (на контрольных заготовках).
Пример 6 (сравнение):
Режущий инструмент с покрытием изготавливали в соответствии с технологией, описанной в Примере 1, с применением фрезерных заготовок из твердого сплава с одинаковой геометрией и составом, но с использованием мишеней одинакового состава, из Ti25Al65Cr10.
Покрытие состояло из монолитного слоя Ti25Al65Cr10N.
Измеренная толщина покрытия - 2,7 мкм на передней поверхности и 3,5 мкм на задней поверхности (на контрольных заготовках).
Объяснение терминов, использованных в Примерах 7 и 11:
Следующие выражения/термины обычно используют при резке металла; тем не менее они объяснены в таблице далее:
Vc (м/мин): скорость резания в метрах в минуту
fz (мм/зуб): скорость подачи в мм на зуб (при фрезеровке)
fn (мм/об): скорость подачи при вращении (при обточке)
z: (число) число зубьев на резце
ae (мм): радиальная глубина канавки в мм
ap (мм) осевая глубина канавки в мм
Пример 7:
Режущие пластины из Примеров 1-6 тестировали на сопротивление термическому растрескиванию, прочность кромки, отслаивание и износостойкость, что отвечает основным типам износа при фрезеровке согласно ISO-P.
Сопротивление термическому растрескиванию:
Материал заготовки: Toolox33, PK158 600×200×100мм, P2,5.Z.HT
z=1
Vc= 250 м/мин
fz=0,20 мм
ae=12,5 мм
ap=3,0
со смазочно-охлаждающей жидкостью
Критерии исключения достигаются при выкрашивании кромки >0,30 мм. Срок службы инструмента представляется как число разрезов, необходимых для достижения этих критериев.
Прочность кромки:
Материал заготовки: Dievar незакаленный, P3. 0.Z.AN,
z=1
Vc=200 м/мин
fz=0,20 мм
ae=12 мм
ap=3,0
длина разреза=12мм
без смазочно-охлаждающей жидкости
Критерии исключения - выкрашивание по меньшей мере 0,5 мм кромки или измеренная глубина 0,2 мм либо на задней поверхности, либо на передней поверхности. Срок службы инструмента представляют как число разрезов, необходимых для достижения этих критериев.
Тест на отслаивание:
Тест проводят с применением низкоуглеродистой стали, что в сочетании со смазочно-охлаждающей жидкостью вызывает отслоение покрытия на передней поверхности.
Материал заготовки: SS2244-05, PL121 600×200×20мм,
z=1
Vc= 150 м/мин
fz=0,15 мм
ae=12,5 мм
ap=1,0
со смазочно-охлаждающей жидкостью
Площадь отслаивания измеряют после 10 разрезов (7 мин на разрез).
Износостойкость:
В тесте на износостойкость оценивают устойчивость в отношении непрерывного износа по задней поверхности и язвенного износа.
Материал заготовки: Toolox33, Твердость 300HB, PK158 600×200×100мм, P2,5.Z.HT, z=1
Vc=220 м/мин
fz=0,15 мм
ae=50 мм
ap=2,0
без смазочно-охлаждающей жидкости
Критерии исключения для срока службы инструмента - это износ по задней поверхности, равный 0,13 мм.
Результаты приведены ниже в таблице 3. Уровень качества отмечают по фактическим значениям (++, +, 0, -).
Таблица 3
PVD-Покрытие Сопротивление термическому растрескиванию Прочность кромки Тест на отслаивание (площадь отслаивания, мм2) Срок службы инструмента
(мин)
Пример 1 (изобретение) Ti0,38Al0,56Cr0,06N
нанослойное		 22 (+) 35 (0) 0,04 (+) 45 (+)
Пример 2 (изобретение) Ti0,37Al0,53Cr0,10N
нанослойное		 18 (+) 35 (0) 0,04 (+) 41 (+)
Пример 3 (изобретение) Ti0,38Al0,56Cr0,06N
нанослойное		 14 (0) 60 (++) 0,03 (+) 40 (+)
Пример 4 (сравнение) Ti0,60Al0,40N
нанослойное		 11 (-) 61 (+) 0,04 (+) 45 (+)
Пример 5 (сравнение) Ti50Al40Cr10
монолитное		 11 (-) 72 (++) 0,03 (+) 36 (+)
Пример 6 (сравнение) Ti25Al65Cr10
монолитное		 12 (-) 23 (-) 0,13 (-) 25 (-)
Можно заключить, что образцы согласно изобретению превосходят образцы для сравнения в отношении сопротивления растрескиванию. В то же время данные по прочности кромки, отслаивания и износостойкости удовлетворительные или даже отличные.
Пример 8 (изобретение):
Имелись заготовки для обточки из твердого сплава (с геометрией CNMG 120408-MM) и заготовки для фрезеровки (с геометрией R245-12T3MPM1) с составом 10,0 мас.% Co, 0,039 мас.% Cr и остатком из WC. Таким образом, весовое соотношение Cr/Co было равно 0,039. Заготовки были изготовлены из прессованного порошка, подвергнутого спеканию. Их магнитная коэрцитивность, измеренная при помощи устройства FÖRSTER KOERZIMAT CS 1,096 (Foerster Instruments Inc.) согласно DIN IEC 60404-7, составляла 20,45 кА/м; их значение намагниченности (магнитный. % по Co) было равно 8,45, что соответствовало соотношению CW_Cr, равному 0,89. Размер зерен WC, определенный ранее в описании по коэрцитивности, составлял 0,47 мкм.
Было получено нанослойное покрытие (Ti,Al,Cr)N, нанесенное методом осаждения паров в условиях вакуума с применением той же технологии и параметров, что и в Примере 1, где, однако, для каждого из PVD-покрытий были использованы два различных набора мишеней, приведенные ниже в таблице 4.
Таблица 4
Номер образца Состав первых мишеней Состав вторых мишеней A/B в нанослое
1 Ti33Al67 Ti25Al65Cr10 Ti33Al67N /Ti25Al65Cr10N
2 Ti40Al60 Ti25Al65Cr10 Ti40Al60N /Ti25Al65Cr10N
3 Ti50Al50 Ti25Al65Cr10 Ti50Al50N /Ti25Al65Cr10N
4 Ti60Al40 Ti25Al65Cr10 Ti60Al40N /Ti25Al65Cr10N
5 Ti75Al25 Ti25Al65Cr10 Ti75Al25N /Ti25Al65Cr10N
Покрытие на каждом образце представляло собой бинарное A+B+A+B+... непериодическое многослойное покрытие, т.е. слои с нерегулярной толщиной.
Средний состав каждого нанослойного PVD-покрытия оценивали при помощи состава мишеней, по соотношению Ti/Al; состав покрытия приведен в таблице 5. Измеренные толщины каждого нанослойного PVD-покрытия представлены в таблице 5.
Были выполнены три теста для оценки качества покрытия в следующих испытаниях:
- Износостойкость задней поверхности - непрерывный абразивный износ на режущей кромке режущих пластин.
- Износостойкость в отношении язвенного износа - непрерывный износ на передней поверхности режущих пластин
- Устойчивость к формированию гребнеобразных трещин - неоднородный износ - устойчивость к импульсной термической обработке
Тест на износ по задней поверхности:
Продольная обточка
Материал заготовки: Sverker 21 (инструментальная сталь), твердость ~210HB, D=180, L=700 мм,
Vc=125 м/мин
fn=0,072 мм/об
ap=2 мм
без смазочно-охлаждающей жидкости
Критерии исключения для срока службы инструмента - это износ по задней поверхности VB, равный 0,15 мм.
Тест на язвенный износ:
Продольная обточка
Материал заготовки: Ovako 825B, шарикоподшипниковая сталь, горячепрокатная, закаленная, твердость ~200 HB, D=160, L=700 мм,
Vc=160 м/мин
fn=0,3 мм/об
ap=2 мм
со смазочно-охлаждающей жидкостью
Критерии конца срока службы инструмента - площадь ямок, равная 0,8 мм2.
Устойчивость к формированию гребнеобразных трещин:
Операция: лобовое фрезерование
Резцедержатель: R245-080027-12M, Dc=80мм
Материал заготовки: Toolox 33 (инструментальная сталь), L=600 мм, I=200 мм, h=100 мм,
Тип режущей пластины: R245- 12T3M-PM1
Скорость резания Vc=320 м/мин
Скорость подачи fz=0,3 мм/об
Глубина резания ap=2 мм
Радиальный охват ae= 15 мм
со смазочно-охлаждающей жидкостью
Критерии конца срока службы инструмента - максимальная высота выкрашивания VB>0,3 мм.
См. результаты ниже в таблице 5.
Таблица 5
Номер образца Оценочный средний состав PVD-покрытия Соотношение Ti/Al в PVD-покрытии Толщина PVD- покрытия, на передней/задней поверхности (мкм) Износостойкость задней поверхности, срок службы инструмента (мин) Износостойкость в отношении язвенного износа, срок службы инструмента (мин) Сопротивление термическому растрескиванию
1 Ti0,29Al0,66Cr0,05N 0,44 4,4/3,1 13,0 3,2 8,8
2 Ti0,33Al0,62Cr0,05N 0,53 4,5/3,3 21,0 3,5 11,5
3 Ti0,38Al0,57Cr0,05N 0,67 3,4/2,7 16,0 5,7 13,3
4 Ti0,43Al0,52Cr0,05N 0,83 3,4/2,6 11,3 6,6 13,8
5 Ti0,50Al0,45Cr0,05N 1,11 3,8/2,8 8,0 6,3 11,8
Можно заключить, что общее сочетание износа по задней поверхности, язвенного износа и устойчивости к термическому растрескиванию для всех образцов является приемлемым. Однако можно видеть диапазоны соотношений Ti/Al, обеспечивающие отличное качество.
Пример 9 (изобретение):
Имелись заготовки для обточки из твердого сплава (с геометрией CNMG 120408-SM), содержащие 7 мас.% Co, 0,7 мас.% Cr, 0,013 мас.% Ti, 0,010 мас.% Ta и остаток из WC. Таким образом, весовое соотношение Cr/Co было равно 0,10. Заготовки были изготовлены из прессованного порошка, подвергнутого спеканию. Их магнитная коэрцитивность, измеренная при помощи устройства FÖRSTER KOERZIMAT CS 1,096 (Foerster Instruments Inc.) согласно DIN IEC 60404-7, составляла 27,0 кА/м; их значение намагниченности (магнитный % по Co) было равно 5,1, что соответствовало соотношению CW_Cr, равному 0,84. Размер зерен WC, определенный ранее в описании по коэрцитивности, составлял 0,39 мкм.
Было получено нанослойное PVD-покрытие (Ti,Al,Cr)N с применением тех же мишеней, стадий обработки и технологических параметров, что и в Примере 1, за исключением более короткого времени осаждения, что приводило к получению более тонкого покрытия.
Покрытие состояло из бинарного непериодического мультислоя A+B+A+B+…, т.е. слоев с различной толщиной, но со средней толщиной слоя A+B, равной 60-120 нм.
Измеренная толщина нанослойного покрытия, нанесенного методом осаждения паров в условиях вакуума, составила 2,0 мкм на задней поверхности.
Средний состав покрытия: Ti0,38Al0,56Cr0,06N.
Пример 10 (сравнение):
Имелись заготовки для обточки из твердого сплава (с геометрией CNMG 120408-SM), содержащие 6 мас.% Co, 0,22 мас.% Ta, 0,14 мас.% Nb и остаток из WC. Таким образом, твердый сплав не содержал Cr. Заготовки были изготовлены из прессованного порошка, подвергнутого спеканию. Их магнитная коэрцитивность, измеренная при помощи устройства FÖRSTER KOERZIMAT CS 1,096 (Foerster Instruments Inc.) согласно DIN IEC 60404-7, составляла 21,8 кА/м; их значение намагниченности (магнитный % по Co) было равно 5,4. Размер зерен WC, определенный ранее в описании по коэрцитивности, составлял 0,51 мкм.
Было получено нанослойное покрытие (Ti,Al,Cr)N, нанесенное методом осаждения паров в условиях вакуума, с применением тех же мишеней, стадий обработки и технологических параметров, что и в Примере 1, за исключением более короткого времени осаждения, что приводило к получению более тонкого покрытия.
Покрытие состояло из бинарного непериодического мультислоя A+B+A+B+…, т.е. слоев с различной толщиной, но со средней толщиной слоя A+B, равной 60-120 нм.
Измеренная толщина нанослойного покрытия, нанесенного методом осаждения паров в условиях вакуума, составила 2,0 мкм на задней поверхности.
Средний состав покрытия: Ti0,38Al0,56Cr0,06N.
Пример 11:
Режущие пластины из Примеров 9-10 тестировали на износостойкость при обточке.
Износостойкость:
В тесте на износостойкость оценивают устойчивость в отношении непрерывного износа по задней поверхности и язвенного износа.
Материал заготовки: Inconel718: аустенитный никель-хромовый суперсплав, состаренный, твердость ~450HB
Продольная обточка
Три различных сочетания Vc и fn:
1. Vc=50 м/мин, fn=0,2 мм/об
2. Vc=70 м/мин, fn=0,2 мм/об
3. Vc=50 м/мин, fn=0,3 мм/об
ap=1,5 мм
со смазочно-охлаждающей жидкостью
Критерии исключения для срока службы - это VBmax/зазубрина/PD ≥0,3 мм на основной режущей кромке или ≥0,25 мм на вторичной режущей кромке
Таблица 6
Срок службы* (мин), Vc 50 м/мин fn=0,2 мм/об Срок службы* (мин), Vc 70 м/мин
fn=0,2 мм/об		 Срок службы* (мин), Vc 50 м/мин fn=0,3 мм/об
Пример 9 (изобретение) 10 4,8 7,5
Пример 10 (сравнение) 5,2 3 4
*минуты до VBmax/зазубрина/PD ≥0,3 мм на основной режущей кромке или ≥0,25 мм на вторичной режущей кромке
Можно заключить, что образец согласно изобретению превосходит образцы для сравнения в отношении срока службы инструмента.

Claims (16)

1. Режущий инструмент с покрытием, содержащий корпус из твердого сплава и покрытие, нанесенное осаждением из газовой фазы (PVD), причем корпус из твердого сплава имеет состав: 5-18 мас.% Co, 0,1-2,5 мас.% Cr, 0-10 мас.% карбидов или карбонитридов, за исключением WC, металлов 4, 5 и 6 группы Периодической таблицы элементов, и остальное –WC, при этом PVD-покрытие представляет собой нанослойное PVD-покрытие (Ti,Al,Cr)N со средним составом TiaAlbCrcN, причем a=0,25-0,7, b=0,3-0,7 и c=0,01-0,2, a+b+c=1, причем упомянутое PVD-покрытие представляет собой нанослойное PVD-покрытие A/B/A/B/A..., в котором подслои A и B состоят, соответственно, A: TiuAlvCrwN, причем u=0,1-0,4, v=0,5-0,8, w=0,01-0,3, u+v+w=1, и B: TixAlyCrzN, причем x=0,4-0,7, y=0,3-0,6, z=0-0,2, x+y+z=1, u<x и v>y, при этом толщина PVD-покрытия равна 0,5-10 мкм.
2. Режущий инструмент с покрытием по п. 1, в котором подслои A и B состоят соответственно:
A: TiuAlvCrwN, u=0,15-0,35, v=0,55-0,75, w=0,02-0,2 и
B: TixAlyCrzN, x=0,45-0,6, y=0,35-0,55, z=0-0,15.
3. Режущий инструмент с покрытием по п. 1 или 2, в котором атомное соотношение Ti/Al в среднем составе TiaAlbCrcN нанослойного PVD-покрытия равно 0,4-0,85.
4. Режущий инструмент с покрытием по любому из пп. 1-3, в котором общее число подслоев A и B на каждый мкм нанослойного PVD-покрытия равно 25-150.
5. Режущий инструмент с покрытием по любому из пп. 1-4, в котором корпус из твердого сплава содержит 6-14 мас.% Co.
6. Режущий инструмент с покрытием по любому из пп. 1-5, в котором корпус из твердого сплава содержит 0,2-2 мас.% Cr.
7. Режущий инструмент с покрытием по любому из пп. 1-6, в котором отношение Cr/Co в корпусе из твердого сплава составляет 0,03-0,18.
8. Режущий инструмент с покрытием по любому из пп. 1-7, в котором корпус из твердого сплава также включает один или более металлов из Ti, Ta, Nb, V и Zr, в количестве 50-300 ppm по весу.
9. Режущий инструмент с покрытием по п. 8, в котором корпус из твердого сплава имеет атомное отношение Me/Co, равное или меньшее 0,014-(CW_Cr)*0,008 и большее 0,0005, при Cw_Cr 0,75-0,95, где CW_Cr=(магнитный % Co + 1,13* мас.% Cr)/мас.% Co.
10. Режущий инструмент с покрытием по любому из пп. 1-9, в котором размер d зерен WC в корпусе из твердого сплава составляет 0,20-0,80 мкм, и определен по значениям по данным магнитной коэрцитивности.
11. Режущий инструмент с покрытием по любому из пп. 1-10, в котором толщина нанослойного PVD-покрытия составляет 1-6 мкм.
12. Режущий инструмент с покрытием по любому из пп. 1-11, в котором корпус из твердого сплава обладает остаточным напряжением RSтc от -1 до -4 ГПа.
13. Режущий инструмент с покрытием по любому из пп. 1-12, в котором PVD-покрытие обладает остаточным напряжением RSPVD от -0,5 до -4,5 ГПа.
14. Режущий инструмент с покрытием по любому из пп. 1-13, в котором разница между остаточным напряжением корпуса из твердого сплава RSтc и остаточным напряжением PVD-покрытия RSPVD такова, что абсолютное значение разности |RSтc - RSPVD| составляет от 0 до 1,5 ГПа.
RU2018105053A 2015-07-13 2016-07-05 Режущий инструмент с покрытием RU2710406C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15176489 2015-07-13
EP15176489.1 2015-07-13
PCT/EP2016/065801 WO2017009101A1 (en) 2015-07-13 2016-07-05 Coated cutting tool

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018105053A RU2018105053A (ru) 2019-08-13
RU2018105053A3 RU2018105053A3 (ru) 2019-10-22
RU2710406C2 true RU2710406C2 (ru) 2019-12-26

Family

ID=53773230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018105053A RU2710406C2 (ru) 2015-07-13 2016-07-05 Режущий инструмент с покрытием

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10640863B2 (ru)
EP (1) EP3322837B1 (ru)
JP (1) JP6983753B2 (ru)
KR (1) KR102456485B1 (ru)
CN (1) CN107835870B (ru)
BR (1) BR112018000722B1 (ru)
RU (1) RU2710406C2 (ru)
WO (1) WO2017009101A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2671780C1 (ru) * 2017-10-30 2018-11-06 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" Рабочая часть режущего инструмента
RU2675872C1 (ru) * 2018-02-06 2018-12-25 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" Режущий инструмент для обработки изделий из труднообрабатываемых материалов
RU2671782C1 (ru) * 2018-03-01 2018-11-06 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" Фреза концевая
RU2693225C1 (ru) * 2019-02-06 2019-07-01 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" Сверло с механическим креплением режущих пластин и его корпус с износостойким покрытием
RU2691483C1 (ru) * 2019-02-28 2019-06-14 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" Фреза концевая
RU2691480C1 (ru) * 2019-03-13 2019-06-14 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" Корпус фрезы с износостойким покрытием и фреза для его использования
CN110484870B (zh) * 2019-08-15 2021-08-24 广东工业大学 一种多组元氮化物硬质涂层及其制备方法和应用
CN114502774A (zh) * 2019-10-11 2022-05-13 山高刀具公司 涂层切削刀具

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003340608A (ja) * 2002-05-27 2003-12-02 Mitsubishi Materials Corp 高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
EP2008743A1 (en) * 2007-06-01 2008-12-31 Sandvik Intellectual Property Ab Fine grained cemented carbide for turning in heat resistant super alloys (HRSA) and stainless steels
RU2478731C1 (ru) * 2012-02-28 2013-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента фрезы Москвитина" (ООО "СКИФ-М") Режущий инструмент с многослойным покрытием
RU2487781C2 (ru) * 2007-12-14 2013-07-20 Кеннаметал, Инк. Покрытое изделие с нанослойной системой покрытия
EP2883637A1 (en) * 2012-08-10 2015-06-17 Tungaloy Corporation Coated tool

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60124061T2 (de) * 2000-12-28 2007-04-12 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho, Kobe Hartstoffschicht für Schneidwerkzeuge
JP3928480B2 (ja) * 2002-05-27 2007-06-13 三菱マテリアル株式会社 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
US7537822B2 (en) * 2005-05-26 2009-05-26 Hitachi Tool Engineering, Ltd. Hard-coated member
SE529838C2 (sv) 2005-12-08 2007-12-04 Sandvik Intellectual Property Belagt hårdmetallskär, sätt att framställa detta samt dess användning för fräsning i stål
KR20160049022A (ko) * 2007-04-18 2016-05-04 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 코팅된 절삭 공구 및 이의 제조 방법
SE0701449L (sv) * 2007-06-01 2008-12-02 Sandvik Intellectual Property Finkornig hårdmetall med förfinad struktur
SE0701760L (sv) 2007-06-01 2008-12-02 Sandvik Intellectual Property Hårdmetallskär för avstickning, spårstickning och gängning
US8455116B2 (en) * 2007-06-01 2013-06-04 Sandvik Intellectual Property Ab Coated cemented carbide cutting tool insert
SE0701320L (sv) * 2007-06-01 2008-12-02 Sandvik Intellectual Property Belagd hårdmetall för formverktygsapplikationer
JP2009000808A (ja) * 2007-06-15 2009-01-08 Sandvik Intellectual Property Ab 耐熱超合金（ｈｒｓａ）およびステンレス鋼の旋削加工のための微粒超硬合金
JP2009034811A (ja) * 2007-06-15 2009-02-19 Sandvik Intellectual Property Ab 突切り、溝切りおよびねじ切りのための超硬合金インサート
SE531933C2 (sv) * 2007-12-14 2009-09-08 Seco Tools Ab Belagt hårdmetallskär för bearbetning av stål och rostfria stål
JP5402507B2 (ja) * 2009-10-16 2014-01-29 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
EP2392688A1 (en) * 2010-06-07 2011-12-07 Sandvik Intellectual Property AB Coated cutting tool
JP5482602B2 (ja) * 2010-09-22 2014-05-07 三菱マテリアル株式会社 炭化タングステン基超硬合金製切削インサートおよびその製造方法
KR102353151B1 (ko) * 2013-12-03 2022-01-18 아이오닉 머터리얼스, 인코퍼레이션 이온 전도성 고체 폴리머 물질 및 응용

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003340608A (ja) * 2002-05-27 2003-12-02 Mitsubishi Materials Corp 高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
EP2008743A1 (en) * 2007-06-01 2008-12-31 Sandvik Intellectual Property Ab Fine grained cemented carbide for turning in heat resistant super alloys (HRSA) and stainless steels
RU2487781C2 (ru) * 2007-12-14 2013-07-20 Кеннаметал, Инк. Покрытое изделие с нанослойной системой покрытия
RU2478731C1 (ru) * 2012-02-28 2013-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента фрезы Москвитина" (ООО "СКИФ-М") Режущий инструмент с многослойным покрытием
EP2883637A1 (en) * 2012-08-10 2015-06-17 Tungaloy Corporation Coated tool

Also Published As

Publication number Publication date
EP3322837B1 (en) 2021-03-17
CN107835870A (zh) 2018-03-23
KR20180030522A (ko) 2018-03-23
US20180209031A1 (en) 2018-07-26
RU2018105053A3 (ru) 2019-10-22
RU2018105053A (ru) 2019-08-13
BR112018000722B1 (pt) 2022-07-19
BR112018000722A2 (pt) 2018-09-04
JP6983753B2 (ja) 2021-12-17
WO2017009101A1 (en) 2017-01-19
JP2018528865A (ja) 2018-10-04
EP3322837A1 (en) 2018-05-23
US10640863B2 (en) 2020-05-05
KR102456485B1 (ko) 2022-10-18
CN107835870B (zh) 2020-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2710406C2 (ru) Режущий инструмент с покрытием
JP6858347B2 (ja) 被覆切削工具
EP2643498B1 (en) Coated cutting tool insert for metal machining that generates high temperatures
JP4966580B2 (ja) 被覆工具
CN1978192B (zh) 用于铣削钢的刀片
US9157143B2 (en) Coated cutting tool
US8882870B2 (en) Coated tool
JP7539418B2 (ja) 被覆切削工具を製造する方法および被覆切削工具
WO2009150887A1 (ja) 硬質皮膜層及びその形成方法
KR102478915B1 (ko) 다층 코팅을 갖는 금속 절삭 공구
KR20160014541A (ko) 피복 절삭 공구 및 피복 절삭 공구의 제조 방법
US8945707B2 (en) Surface-coated cutting tool
US11292064B2 (en) Coated cutting tool and a method for coating the cutting tool
JP2008284638A (ja) 被覆切削工具
KR20240143385A (ko) 내파손성과 내용착성이 향상된 절삭공구