RU2789262C1

RU2789262C1 - Method for forming a coating of the system titanium - titanium oxides on high-speed steel

Info

Publication number: RU2789262C1
Application number: RU2022117395A
Authority: RU
Inventors: Иван Святославович Егоров; Андрей Юрьевич Щелкунов; Александр Александрович Фомин
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2023-01-31

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering, namely to tool production and technologies for the formation of highly hard and wear-resistant coatings on tool steels. The method consists in applying a titanium coating to the steel base for further modification and obtaining a wear-resistant layer. The base is made from steel sheet or strip by separating operations. A titanium coating is applied to the steel base by resistance spot welding at a voltage of 2.3-2.7 V, a compression force of 570-630 N, a current density of 63-126 A/mm², and a pulse duration of 0.1-0.4 sec. The coated base is subjected to induction heating at an inductor current frequency of 70-90 kHz, specific electrical power consumption of 80-90 kW/kg to a temperature of 1190-1250°C and maintained for 180-300 sec, followed by uniform cooling in air to the final temperature.

EFFECT: formation on products made of tool steel, for example R6M5, of a coating of the titanium-titanium oxide system, characterized by the presence on the surface of a metal oxide diffusion layer 130-170 μm thick, hardness 1500-1800 HV, adhesive (shear) strength 90-110 MPa.

1 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к инструментальному производству и технологиям формирования высокотвердых и износостойких покрытий на инструментальных сталях.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to tool production and technologies for the formation of highly hard and wear-resistant coatings on tool steels.

В машиностроении широко применяется цельный инструмент или отдельные режущие элементы из твердых сплавов с износостойкими покрытиями [Андреев В.Н., Боровский Г.В., Боровский В.Г., Григорьев С.Н. Инструмент для высокопроизводительного и экологически чистого резания. Серия «Библиотека инструментальщика». - М: Машиностроение, 2010. 480 с.: ил; Панов, В.С. Технология, свойства и области применения спеченных твердых сплавов: учебное пособие / В.С. Панов, Ж.В. Еремеева. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. - 148 с.]. Твердые сплавы в виду свойств применяемых карбидных материалов, а также технологии изготовления, характеризуются низким модулем упругости и при воздействии нагрузок ударного характера склонны к скалыванию и разрушению. Для производства инструментов также используют инструментальные стали, обладающие относительно твердых сплавов умеренной величиной модуля упругости. Соответственно, стальной инструмент может выдерживать высокие ударные нагрузки без значительного повреждения. Применение быстрорежущих инструментальных сталей эффективно для обработки материалов с невысокой и умеренной величиной твердости [Pinakhin I.A. Improving wear resistance of fast-cutting steel P6M5 after a volume pulse laser strength / I.A. Pinakhin, V.A. Chernigovskij, A.A. Bratsikhin, M.A. Yagmurov, Y.A. Vladykina // Journal of friction and wear. 2019. V. 40. №3. P. 239-243.; Bugakov V.I. Laptev A. I. "Manufacture of drill bits from new diamond materials at high pressures and temperatures / V.I. Bugakov, A.I. Laptev // Steel in Translation. 2017. V. 47. №1. P. 12-16.]. Применение титаносодержащих покрытий нитридного, карбонитридного, оксинитридного и оксидного составов позволяет расширить применение инструментальных сталей для обработки различных материалов. Термически более стабильными являются оксиды металлов при высоких значениях твердости. Известные методы формирования, отличаются малой производительностью.In mechanical engineering, one-piece tools or individual cutting elements made of hard alloys with wear-resistant coatings are widely used [Andreev V.N., Borovsky G.V., Borovsky V.G., Grigoriev S.N. The tool for high-performance and environmentally friendly cutting. The Toolmaker's Library series. - M: Mashinostroenie, 2010. 480 p.: silt; Panov, V.S. Technology, properties and applications of sintered hard alloys: textbook / V.S. Panov, Zh.V. Eremeeva. - Vologda: Infra-Engineering, 2021. - 148 p.]. Hard alloys, in view of the properties of the carbide materials used, as well as the manufacturing technology, are characterized by a low modulus of elasticity and, when exposed to impact loads, are prone to chipping and destruction. For the production of tools, tool steels are also used, which have a moderate modulus of elasticity relative to hard alloys. Accordingly, the steel tool can withstand high impact loads without significant damage. The use of high-speed tool steels is effective for processing materials with low and moderate hardness [Pinakhin I.A. Improving wear resistance of fast-cutting steel P6M5 after a volume pulse laser strength / I.A. Pinakhin, V.A. Chernigovskij, A.A. Bratsikhin, M.A. Yagmurov, Y.A. Vladykina // Journal of friction and wear. 2019. V. 40. No. 3. P. 239-243.; Bugakov V.I. Laptev A. I. "Manufacture of drill bits from new diamond materials at high pressures and temperatures / V.I. Bugakov, A.I. Laptev // Steel in Translation. 2017. V. 47. No. 1. P. 12-16.]. Application of titanium-containing nitride coatings, carbonitride, oxynitride and oxide compositions makes it possible to expand the use of tool steels for processing various materials.Metal oxides are thermally more stable at high hardness values.Known forming methods are characterized by low productivity.

Известен способ изготовления сменных режущих пластин, заключающийся в формировании на стальной основе твердосплавного покрытия методами детонационного напыления или порошковой наплавки. Согласно способу, детонационные карбидные слои из твердого сплава ВК12 толщиной 0,5-0,35 мм формируются за 2,5 секунды на всей рабочей поверхности режущей пластины, а при наплавке - за 30…60 секунд. Режущая способность таких пластин в 7 раз выше стандартной пластины ВК6 при износе по задней грани 0,5 мм [Способ изготовления сменных режущих пластин / М.В. Ненашев, В.В. Калашников, Д.А. Деморецкий, И.Д. Ибатуллин, И.В. Нечаев, А.Н. Журавлев, А.Ю. Мурзин, С.Ю. Ганигин, О.А. Кобякина, Д.Ю. Карякин, В.В. Усачев, Ю.Н. Сливкова. Опубл. 27.07.2015 г., бюл. №21.].A known method of manufacturing replaceable cutting inserts, which consists in the formation of a steel-based carbide coating by methods of detonation spraying or powder welding. According to the method, detonation carbide layers of hard alloy VK12 with a thickness of 0.5-0.35 mm are formed in 2.5 seconds on the entire working surface of the cutting plate, and in surfacing - in 30...60 seconds. The cutting ability of such inserts is 7 times higher than the standard VK6 insert with wear on the rear edge of 0.5 mm [Method of manufacturing replaceable cutting inserts / M.V. Nenashev, V.V. Kalashnikov, D.A. Demoretsky, I.D. Ibatullin, I.V. Nechaev, A.N. Zhuravlev, A.Yu. Murzin, S.Yu. Ganigin, O.A. Kobyakina, D.Yu. Karyakin, V.V. Usachev, Yu.N. Slivkov. Published July 27, 2015, bul. No. 21.].

Основными недостатками способа являются: высокая энергоемкость процессов формирования покрытия; неоднородность структуры и низкая адгезия покрытия к стальной основе; большое количество дефектов по всему сечению покрытия.The main disadvantages of the method are: high energy intensity of the coating formation processes; heterogeneity of the structure and low adhesion of the coating to the steel base; a large number of defects over the entire cross section of the coating.

Известен способ упрочнения поверхности с помощью формирования наноразмерных покрытий за счет воздействия лазерного излучения на легирующий сплав, нанесенный на поверхность изделия в виде порошков. Воздействие высокоэнергетического лазерного луча с шагом в 25 микрон обеспечивает расплавление поверхности и легирующего сплава, что обеспечивает вплавление легирующей части в основной материал. Затем поверхность охлаждают струей сжатого газа под небольшим избыточным давлением. В результате формируются наноструктурные интерметалидные слои. Последующая лазерная обработка с применением порошков тугоплавких материалов позволяет формировать слоистые карбидные, нитридные и другие системы с заданными значениями состава и свойств. Например, покрытия, сформированные на поверхности интерметалидного слоя лазерной наплавкой карбидных материалов, характеризуются твердостью до 80 ГПа [Патент РФ №2527511. Способ упрочнения металлических изделий с получением наноструктурированных поверхностных слоев / Я.А. Четокин, Д.В. Пугашкин. Опубл. 10.09.2014 г., бюл. №25.].A known method of hardening the surface by forming nanoscale coatings due to the action of laser radiation on the alloying alloy deposited on the surface of the product in the form of powders. Exposure to a high-energy laser beam in 25 micron increments melts the surface and the alloying alloy, which ensures that the alloying part is fused into the base material. The surface is then cooled with a jet of compressed gas under slight overpressure. As a result, nanostructured intermetallic layers are formed. Subsequent laser processing using powders of refractory materials makes it possible to form layered carbide, nitride, and other systems with specified values of composition and properties. For example, coatings formed on the surface of the intermetallic layer by laser deposition of carbide materials are characterized by a hardness of up to 80 GPa [RF Patent No. 2527511. A method of hardening metal products with obtaining nanostructured surface layers / Ya.A. Chetokin, D.V. Pugashkin. Published September 10, 2014, bul. No. 25.].

Основными недостатками способа являются: не высокая производительность; технологическая сложность; высокие значения параметров шероховатости формируемого слоя; сложность получения однородного химического состава, высокая вероятность наличия дефектов в приповерхностном слое.The main disadvantages of the method are: not high performance; technological complexity; high values of the roughness parameters of the formed layer; the difficulty of obtaining a homogeneous chemical composition, a high probability of the presence of defects in the surface layer.

Известен способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей, который заключается в получении на поверхности стальных деталей высокотвердых интерметаллидных слоев [Патент РФ №2202456. Способ получения износостойкого покрытия на поверхности стальных деталей / С.В. Крашенинников, С.В. Кузьмин, В.И. Лысак, Ю.Г. Долгий. Опубл. 20.04.2003 г., бюл. №11]. Слои формируют на стальной основе сваркой взрывом, при этом первым на поверхность стальной детали наносят слой меди, затем - слой титана, соотношение толщин слоев меди и титана составляет (0,5-1,5):1, соответственно, а суммарная их толщина равна требуемой толщине износостойкого слоя. После сварки проводится термическая обработка в инертной среде при 885-1080°С и выдержке 1-4 ч. В результате на поверхности стальных деталей формируются интерметаллидные слои, характеризуемые толщиной 0,5-2,5 мм и микротвердостью 800-1200 HV.A known method of obtaining a wear-resistant coating on the surface of steel parts, which consists in obtaining high-hard intermetallic layers on the surface of steel parts [RF Patent No. 2202456. The method of obtaining a wear-resistant coating on the surface of steel parts / S.V. Krasheninnikov, S.V. Kuzmin, V.I. Lysak, Yu.G. Long. Published 20.04.2003, bul. No. 11]. The layers are formed on a steel base by explosion welding, at the same time, a copper layer is applied to the surface of the steel part, then a titanium layer, the ratio of the thicknesses of the copper and titanium layers is (0.5-1.5): 1, respectively, and their total thickness is equal to required wear layer thickness. After welding, heat treatment is carried out in an inert atmosphere at 885-1080°C and exposure for 1-4 hours. As a result, intermetallic layers are formed on the surface of steel parts, characterized by a thickness of 0.5-2.5 mm and a microhardness of 800-1200 HV.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость процесса в виду использования последовательного нанесения слоев металлов и длительной высокотемпературной выдержки в среде инертных газов. Также получаемые интерметаллидные фазы на рабочей поверхности обладают низкой прочностью, пониженной устойчивостью к динамическим нагрузкам, возникающим при резании металлов.The disadvantage of this method is the high complexity of the process due to the use of sequential deposition of metal layers and long-term high-temperature exposure in inert gases. Also, the resulting intermetallic phases on the working surface have low strength, reduced resistance to dynamic loads that occur when cutting metals.

Технической проблемой является необходимость создания технологически простого, высокопроизводительного, ресурсосберегающего и безопасного способа формирования на быстрорежущих сталях слоистой системы «сталь – титан - оксиды титана», позволяющей повысить износостойкость инструмента.The technical problem is the need to create a technologically simple, high-performance, resource-saving and safe method of forming a layered system "steel - titanium - titanium oxides" on high-speed steels, which makes it possible to increase tool wear resistance.

Поставленная проблема решается тем что, пластина титана соединяется со стальной основой методом контактной сварки при усилии сжатия 570-630 Н, напряжении 2,3-2,7 В, плотности тока 63-126 А/мм², диаметре электродов 5 мм, времени импульса 0,1-0,4 с, затем проводится индукционно-термическая обработка, а именно, стальная основа с титановым слоем нагревается в воздушной атмосфере при нормальном давлении, частоте тока на индукторе 80±10 кГц и удельной потребляемой электрической мощности 80-90 кВт/кг до температуры 1190-1250°С, затем осуществляется выдержка в течение 180-300 с и охлаждение на воздухе до комнатной температуры.The problem is solved by the fact that the titanium plate is connected to the steel base by resistance welding at a compression force of 570-630 N, a voltage of 2.3-2.7 V, a current density of 63-126 A / mm ² , an electrode diameter of 5 mm, and a pulse time 0.1-0.4 s, then induction-heat treatment is carried out, namely, the steel base with a titanium layer is heated in an air atmosphere at normal pressure, the current frequency on the inductor is 80 ± 10 kHz and the specific electrical power consumption is 80-90 kW / kg to a temperature of 1190-1250°C, then holding for 180-300 s and cooling in air to room temperature.

Техническим результатом является формирование на изделиях из инструментальной стали, например Р6М5, слоистой системы «титан - оксиды титана», характеризуемой наличием на поверхности металооксидного диффузионного слоя, толщиной 150±20 мкм, твердостью 1500-1800 HV и адгезионной прочностью на сдвиг 100±10 МПа.The technical result is the formation of a layered system "titanium - titanium oxides" on products made of tool steel, for example P6M5, characterized by the presence of a metal oxide diffusion layer on the surface, 150 ± 20 μm thick, 1500-1800 HV hardness and adhesive shear strength of 100 ± 10 MPa .

Изобретение поясняется графическими схемами, на которых представлены: схема изделия - инструментальной сменной режущей пластины с титановыми вставками, закрепленными посредством контактной сварки (фиг. 1); схема процесса термической обработки сменной режущей пластины из инструментальной стали Р6М5 с локальными титановыми слоями (фиг. 2).The invention is illustrated by graphic diagrams, which show: a diagram of the product - a tool replaceable cutting plate with titanium inserts fixed by resistance welding (Fig. 1); diagram of the process of heat treatment of a replaceable cutting insert made of R6M5 tool steel with local titanium layers (Fig. 2).

На Фиг. 2 позициями 1-4 обозначены:On FIG. 2 positions 1-4 are designated:

1 - титановое изделие с титановым покрытием;1 - titanium product with titanium coating;

2 - керамическая камера;2 - ceramic chamber;

3 - керамическое основание;3 - ceramic base;

4 - водоохлаждаемый индуктор.4 - water-cooled inductor.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is carried out as follows.

На поверхности стального изделий в областях где необходимо сформировать высокопрочное покрытие размещаются титановые листы толщиной до 1 мм, которые фиксируются на основе контактной сваркой (фиг. 1) при усилии сжатия 570-630 Н, напряжении 2,3-2,7 В, плотности тока 63-126 А/мм², времени импульса 0,1-0,4 с. После сварки производится размерная обработка изделия и титанового слоя, в результате которой титановый слой приобретает толщину не более 0,5 мм. Затем изделие из стали с покрытием из титанового альфа-сплава 1, после предварительной очистки от различных загрязнений, устанавливают в цилиндрическую кварцевую реакционную камеру оксидирования 2 с керамическим подом 3, за пределами которой находиться индукционный нагреватель 4, соединенный с установкой индукционного нагрева (фиг. 2). Последующая термическая обработка проводится индукционным нагревом при частоте тока на индукторе 80±10 кГц и удельной потребляемой электрической мощности 80-90 кВт/кг до температуры 1190-1250°С, затем осуществляется выдержка в течение 180-300 с и охлаждение на воздухе до комнатной температуры.On the surface of steel products in areas where it is necessary to form a high-strength coating, titanium sheets up to 1 mm thick are placed, which are fixed on the base by contact welding (Fig. 1) with a compression force of 570-630 N, voltage of 2.3-2.7 V, current density 63-126 A / mm ² , pulse time 0.1-0.4 s. After welding, the product and the titanium layer are dimensionally processed, as a result of which the titanium layer acquires a thickness of no more than 0.5 mm. Then, a steel product coated with titanium alpha alloy 1, after preliminary cleaning from various contaminants, is installed in a cylindrical quartz oxidation reaction chamber 2 with a ceramic hearth 3, outside of which there is an induction heater 4 connected to an induction heating installation (Fig. 2 ). Subsequent heat treatment is carried out by induction heating at a current frequency on the inductor of 80 ± 10 kHz and a specific electrical power consumption of 80-90 kW / kg to a temperature of 1190-1250 ° C, then exposure is carried out for 180-300 s and air cooling to room temperature .

Приведенные значения технологических режимов определены экспериментально и позволяют сформировать на стальной основе высокопрочную слоистую систему «титан - оксиды титана».The given values of the technological regimes are determined experimentally and make it possible to form a high-strength layered system "titanium - titanium oxides" on a steel base.

Давление, создаваемое электродами в 600±30 Н, обусловлена тем, что при величине менее 570 Н нарушается плотность контакта в зоне образования сварного соединения. Вследствие этого в оплавленную область обильно поступает воздух из окружающей среды, который вызывает окисление и образование дефектов соединения. При давлении более 630 Н во время оплавления свариваемых металлов более пластичный титановый лист деформируется на глубину более 0.4 мм и изделие не пригодно к дальнейшему использованию.The pressure created by the electrodes of 600 ± 30 N is due to the fact that at a value of less than 570 N, the contact density in the zone of formation of the welded joint is disturbed. As a result, air from the environment abundantly enters the melted area, which causes oxidation and the formation of joint defects. At a pressure of more than 630 N during the melting of the welded metals, a more ductile titanium sheet is deformed to a depth of more than 0.4 mm and the product is not suitable for further use.

Напряжение при контактной сварке в 2,3-2,7 В обусловлено особенностью оборудования, так как большинство аппаратов контактной сварки характеризуются низким уровнем рабочего напряжения. При подаче тока на контактные электроды плотностью менее 63 А/мм не образуется качественного сварного соединения. Плотность тока свыше 126 А/мм приводит к локальном перегреву и вскипанию области сварки, что приводит к образованию пор в соединении и выплескам металла из области нагрева.The resistance welding voltage of 2.3-2.7 V is due to the peculiarity of the equipment, since most resistance welding machines are characterized by a low level of operating voltage. When current is applied to contact electrodes with a density of less than 63 A/mm, a high-quality welded joint is not formed. Current density above 126 A/mm leads to local overheating and boiling of the welding area, which leads to the formation of pores in the joint and splashes of metal from the heating area.

Процесс сварки происходит при действии импульса не менее 0,1 с так как при меньшем времени импульса недостаточно для полного прогрева и образования сварного соединения. Время импульса более 0,4 с приводит к полному прогреву титанового покрытия и частично стальной основы, после чего происходит температурная деформация, приводящая к полному искажению геометрии изделия.The welding process occurs under the action of a pulse of at least 0.1 s, since with a shorter pulse time it is not enough for complete heating and formation of a welded joint. A pulse time of more than 0.4 s leads to complete heating of the titanium coating and partly of the steel base, after which thermal deformation occurs, leading to a complete distortion of the product geometry.

Термическая обработка проводится за счет использования индукционного нагрева, при котором основными режимами является частота тока, удельная мощность и длительность обработки.Heat treatment is carried out through the use of induction heating, in which the main modes are the frequency of the current, specific power and duration of treatment.

При частоте тока менее 70 кГц снижается электрический коэффициент полезного действия устройства индукционного нагрева и самого процесса обработки изделий данного типа. При подаче на индуктор тока частотой более 90 кГц наблюдается снижение коэффициента мощности.At a current frequency of less than 70 kHz, the electrical efficiency of the induction heating device and the process of processing products of this type decreases. When a current is applied to the inductor with a frequency of more than 90 kHz, a decrease in the power factor is observed.

Предельные значения потребляемой удельной электрической мощности (80-90 кВт/кг) обусловлены тем, что при величине удельной электрической мощности менее 80 кВт/кг затруднен ускоренный нагрев стального изделия из-за потерь на излучение и конвекцию. При величине удельной электрической мощности более 90 кВт/кг увеличивается вероятность перегрева, и как следствие, температурной деформации изделия.The limiting values of the consumed specific electrical power (80-90 kW/kg) are due to the fact that when the specific electrical power is less than 80 kW/kg, accelerated heating of the steel product is difficult due to radiation and convection losses. When the value of the specific electric power is more than 90 kW/kg, the probability of overheating increases, and as a result, the thermal deformation of the product.

При значениях температуры нагрева менее 1190°С и продолжительности процесса оксидирования менее 180 с. образуется тонкое оксидное покрытие, характеризуемое низкими значениями твердости. При значениях температуры нагрева более 1250°С и продолжительности термообработки более 300 с. на поверхности титана образуются оксидные покрытия с невысокими показателями твердости и адгезионно-когезионной прочности. Происходит также растрескивание и отслоение толстого оксидного слоя.When the heating temperature is less than 1190°C and the duration of the oxidation process is less than 180 s. a thin oxide coating is formed, characterized by low hardness values. At heating temperatures over 1250°C and heat treatment duration over 300 s. oxide coatings with low hardness and adhesive-cohesive strength are formed on the titanium surface. There is also cracking and delamination of a thick oxide layer.

Указанные режимы индукционно-термической обработки поддерживают осуществление процесса диффузии кислорода из воздушной среды в поверхность титана, в результате которой обеспечивается стабилизация кислородно-насыщенной структуры альфа-титана, обладающей высокой твердостью от 1500-1800 HV при нагрузке индентирования 50 гс.These induction-thermal treatment modes support the process of oxygen diffusion from the air into the titanium surface, which results in the stabilization of the oxygen-saturated structure of alpha-titanium, which has a high hardness of 1500-1800 HV at an indentation load of 50 gf.

Пример выполнения способа.An example of the implementation of the method.

Сменная многогранная пластина без стружколомающего рельефа (тип SDGA100402 - NR1T по стандарту ISO 1832) со сторонами 14 мм, толщиной 3,8 мм и центральным отверстием 4,6 предварительно очищается от технологических загрязнений. На поверхности стальной основы контактной сваркой фиксируются титановые листы в виде дисков диаметром 6 мм и толщиной 1 мм (фиг. 1). Процесс сварки производится при усилии сжатия 570-630 Н, напряжении 2,3-2,7 В, плотности тока 63-126 А/мм, времени импульса 0,1-0,4 с. Затем пластины с покрытием подвергались шлифовке до размера сторон 9,5 мм и суммарной высоты 4,3 мм. После очистки от технологических загрязнений пластина размещается в рабочей области индуктора на керамическом основании (фиг. 2) для последующей термической обработки. Нагрев до температуры 1190-1250°С производится при частоте тока 80±10 кГц и удельной потребляемой электрической мощности 80-90 кВт/кг, затем осуществляется выдержка в течение 180-300 с и охлаждение на воздухе до комнатной температуры. Готовое изделие представляет собой сменную многогранную пластину с покрытием системы «титан - оксиды титана».An interchangeable multi-faceted insert without chip-breaking relief (type SDGA100402 - NR1T according to ISO 1832) with sides of 14 mm, thickness of 3.8 mm and a central hole of 4.6 is pre-cleaned from technological impurities. Titanium sheets in the form of discs 6 mm in diameter and 1 mm thick are fixed on the surface of the steel base by resistance welding (Fig. 1). The welding process is carried out at a compression force of 570-630 N, a voltage of 2.3-2.7 V, a current density of 63-126 A/mm, and a pulse time of 0.1-0.4 s. The coated plates were then ground to a side size of 9.5 mm and a total height of 4.3 mm. After cleaning from technological impurities, the plate is placed in the working area of the inductor on a ceramic base (Fig. 2) for subsequent heat treatment. Heating to a temperature of 1190-1250°C is carried out at a current frequency of 80±10 kHz and a specific electrical power consumption of 80-90 kW/kg, then exposure is carried out for 180-300 s and air cooling to room temperature. The finished product is a replaceable multifaceted plate with a coating of the "titanium - titanium oxides" system.

Контроль адгезионной прочности и твердости системы «сталь – титан - оксид титана» проводился экспериментальными методами. Образцами являлись пластины, изготовленные согласно способу, описанному в примере. Исследование прочности проводилось методом разрушающего контроля сварных соединения согласно ГОСТР ИСО 15614-13-2009, п. 7.3.1. испытания на растяжение в разрывной установке с программным управлением «ИМПУЛЬС ИР5282-100». Скорость растяжения была выбрана равной 10 мм/с. При растяжении фиксировалось максимальное напряжение, которое составило 100±10 МПа.The control of adhesive strength and hardness of the "steel - titanium - titanium oxide" system was carried out by experimental methods. The samples were plates made according to the method described in the example. The strength study was carried out by the method of destructive testing of welded joints in accordance with GOSTR ISO 15614-13-2009, clause 7.3.1. tensile tests in a program-controlled tensile tester "IMPULS IR5282-100". The stretching speed was chosen to be 10 mm/s. During tension, the maximum stress was recorded, which amounted to 100 ± 10 MPa.

Исследование твердости проводилось путем измерения твердости поверхности методом Виккерса HV при нагрузке на индентор (четырехгранную алмазную пирамиду) равной 50 гс (ГОСТ 9450-76). Твердость титановой поверхности составила 1500-1800 HV.The study of hardness was carried out by measuring the surface hardness by the Vickers HV method at a load on the indenter (a tetrahedral diamond pyramid) equal to 50 gf (GOST 9450-76). The hardness of the titanium surface was 1500-1800 HV.

Пластины подвергались эксплуатационным испытаниям при проточке прутков из стали 45. Резцы устанавливались в резцедержателе на токарном станке. Обработка проводилась при скорости резания V_C=34,5 м/мин, глубине резания 0,5 мм и подаче 0,3 мм/об. Согласно полученным результатам испытания, изготовленные сменные многогранные пластины по эксплуатационным характеристикам не уступают пластинам с интерметаллидным покрытием при значительной меньшей себестоимости изготовления.The plates were subjected to operational tests during the turning of bars of steel 45. The cutters were installed in a tool holder on a lathe. Machining was carried out at a cutting speed V _C =34.5 m/min, a depth of cut of 0.5 mm and a feed rate of 0.3 mm/rev. According to the test results obtained, the manufactured replaceable multifaceted plates are not inferior to plates with an intermetallic coating in terms of performance characteristics at a significantly lower manufacturing cost.

Из полученных результатов следует, что предложенный способ позволяет формировать энергоэфективным методом высокотвердые покрытия «титан - оксид титана» на стальной основе из марки Р6М5. Данная технология может быть использована в инструментальной области, а именно в производстве металлорежущих инструментов.It follows from the obtained results that the proposed method allows the formation of highly hard "titanium-titanium oxide" coatings on a steel base from the R6M5 grade using an energy-efficient method. This technology can be used in the tool area, namely in the production of metal-cutting tools.

Claims

A method for forming a titanium-titanium oxide system coating on high-speed steel, characterized in that a titanium sheet is welded onto a high-speed steel base by resistance welding without the use of an intermediate copper layer at a compression force of 570-630 N, a voltage of 2.3-2.7 V, current density 63-126 A / mm ² and pulse duration 0.1-0.4 sec, and then heat treatment is carried out by induction heating in air at normal pressure, current frequency 70-90 kHz and specific electrical power consumption 80-90 kW/kg to a temperature of 1190-1250°C, with the formation of a layer of titanium oxides, and then hold for 180-300 seconds and cool in air to room temperature.