RU31243U1

RU31243U1 - Multilayer cutting tools

Info

Publication number: RU31243U1
Application number: RU2002121010/20U
Authority: RU
Inventors: В.П. Табаков; Н.А. Ширманов; М.Ю. Смирнов
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2003-07-27

Description

20021210102002121010

И-МПК с 23 с 14/32I-IPC from 23 to 14/32

Режущий инструмент с многослойным нокрытиемMulti-coated cutting tools

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакуз ме, и может быть использована в инстрз ентальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте.The utility model relates to the field of coating, in particular, to coating by evaporation and condensation at a vacancy, and can be used in industrial production to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool.

Известен режущий инструмент с износостойким ионно-плазменным покрытием TIN, содержащим один слой толщиной 3-8 мкм (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Мащиностроение, 1993. С.252).Known cutting tool with a wear-resistant ion-plasma coating TIN, containing one layer with a thickness of 3-8 μm (see Vereshchak A.S. Performance of the cutting tool with wear-resistant coatings. M .: Mashinostroenie, 1993. P.252).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте с покрытием наносимое однослойное покрытие в пределах одного слоя имеет постоянный химический состав и, как следствие этого, неизменяемые физикомеханические свойства. На границе между основой инструмента и покрытием изменение этих свойств носит ярко выраженный ступенчатый характер, что приводит к появлению на указанной границе высокого градиента напряжений, ведущего к снижению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой и, как следствие, к снижению стойкости режзтцего инструмента при его эксплуатации.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known coated cutting tool include the fact that in a known coated cutting tool, the applied single-layer coating within one layer has a constant chemical composition and, as a consequence, unchanged physicomechanical properties. At the boundary between the tool base and the coating, a change in these properties has a pronounced stepwise character, which leads to the appearance of a high stress gradient at the specified boundary, leading to a decrease in the adhesion strength of the coating to the tool base and, as a consequence, to a decrease in the resistance of the cutting tool during its operation.

Наиболее близким режущим инструментом с покрытием того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является режущий инстрзпмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее многослойное износостойкое ионноплазменное покрытие, состоящее из внещнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.294), принятый за прототип.The closest cutting tool with a coating of the same purpose to the claimed utility model for a combination of features is a cutting tool with a multilayer coating containing a tool base and a multilayer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an external main coating of titanium nitride and an internal adhesive sublayer, including an element of material coatings - titanium (see Vereshchak A.S. Performance of a cutting tool with wear-resistant coatings. M.: Mashinostroenie, 1993. .294), taken as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с многослойным покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном режущем инструменте с многослойным покрытием не обеспечивается достаточная микротвердость и прочность самого покрытия и прочность сцепления покрытия с инструментальной основой, что приводит к снижению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known cutting tool with a multilayer coating adopted as a prototype include the fact that the known cutting tool with a multilayer coating does not provide sufficient microhardness and strength of the coating itself and the adhesion of the coating to the tool base, which leads to a decrease in the resistance of the cutting tool during its operation.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Наносимое на инструментальную основу многослойное покрытие состоит из внещнего основного покрытия нитрида титана, содержащего дополнительно цирконий и выполненного из нитрида титана и циркония, внутреннего адгезионного подслоя из титана, содержащего дополнительно цирконий и молибден и выполненного из титана, циркония и молибдена, а также расположенного между внещним основным покрытием и адгезионным подслоем дополнительного подслоя из нитрида титана, циркония и молибдена.The essence of the utility model is as follows. The multilayer coating applied to the tool base consists of an external main coating of titanium nitride containing additional zirconium and made of titanium and zirconium nitride, an internal adhesive sublayer of titanium containing additional zirconium and molybdenum and made of titanium, zirconium and molybdenum, and also located between the external the main coating and the adhesive sublayer of an additional sublayer of titanium nitride, zirconium and molybdenum.

Технический результат - повыщение стойкости режущего инструмента.The technical result is an increase in the resistance of the cutting tool.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный режущий инструмент с многослойным покрытием содержит инструментальную основу и нанесенное на нее многослойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that the known cutting tool with a multilayer coating contains a tool base and a multilayer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an external main coating of titanium nitride and an internal adhesive sublayer comprising an element of the coating material - titanium.

Особенность заключается в том, что внещнее основное покрытие содержит дополнительно цирконий и выполнено из нитрида титана и циркония, внутренний адгезионный подслой содержит дополнительно цирконий и молибден и выполнен из титана, циркония и молибдена, а между внешним основным покрытием и адгезионным подслоем расположен дополнительный подслой из нитрида титана, циркония и молибдена.The peculiarity lies in the fact that the external main coating additionally contains zirconium and is made of titanium and zirconium nitride, the internal adhesive sublayer additionally contains zirconium and molybdenum and is made of titanium, zirconium and molybdenum, and an additional nitride sublayer is located between the external main coating and the adhesive sublayer titanium, zirconium and molybdenum.

Формирование дополнительного подслоя между внешним основным покрытием и адгезионным подслоем, включающего элементы материалов адгезионного подслоя и основного покрытия, а также введение во внешнее основное покрытие дополнительно циркония, а в адгезионный подслой дополнительно циркония и молибдена способствует более плавному изменению физико-механических свойств от покрытия к основе, что приводит к снижению градиента напряжений на границе между основой и покрытием, к повышению микротвердости и прочности слоев покрытия, к повышению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой и, как следствие, к увеличению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.The formation of an additional sublayer between the outer main coating and the adhesive sublayer, including elements of the adhesive sublayer and the main coating materials, as well as the addition of additional zirconium to the outer main coating, and additional zirconium and molybdenum to the adhesive sublayer, contribute to a more smooth change in the physicomechanical properties from the coating to the base , which leads to a decrease in the stress gradient at the boundary between the base and the coating, to an increase in the microhardness and strength of the coating layers, to an increase Ruggedness clutch cover to the tool base and, consequently, to an increase in resistance of the cutting tool during its operation.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели, определенные из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с многослойным покрытием, изложенных в формуле полезной модели.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed utility model, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features identical to all the essential features of the claimed utility model, determined from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed us to establish a set of significant in relation to perceived by the applicant to the technical result of the distinguishing features in the claimed cutting tool with a multilayer coating, set out in the formula of the utility model.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию новизна.Therefore, the claimed utility model meets the condition of novelty.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата:Information confirming the possibility of implementing a utility model with obtaining the above technical result:

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен режущий инструмент с многослойным покрытием.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a cutting tool with a multilayer coating.

Режущий инструмент с многослойным покрытием содержит инструментальную основу 1 из твердого сплава и нанесенное на нее многослойное покрытие 2. Многослойное покрытие 2 состоит из внешнего основного покры тия нитрида титана и циркония 3, дополнительного подслоя 4, выполненного из нитрида титана, циркония и молибдена, и адгезионного подслоя 5 из титана, циркония и молибдена, расположенного между инструментальной основой 1 и дополнительным подслоем 4. Покрытия наносили следующим образом. Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Пеперетачиваемые пластины, изготовленные из твердого сплава, размещали в камере установки Булат-бТ с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия. В пространстве между пластинами и катодом зажигали дуговой разряд для испарения материала катода. Осз цествляли конденсацию адгезионного подслоя 5 из титана, циркония и молибдена (Ti, Zr, Mo) заданной толщины. Затем в камеру подавали азот для взаимодействия с испаряемым материалом катода. Осуществляли конденсацию дополнительного подслоя 4 из нитрида титана, циркония и молибдена (Ti, Zr, Mo)N заданной толщины. Затем осуществляли конденсацию основного покрытия 3 из нитрида титана и циркония (Ti, Zr)N заданной толщины. После этого подачу азота в камеру прекращали, выключали дуговой разряд. Пластины с нанесенным износостойким покрытием охлаждали в камере до комнатной температуры. Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали ЗОХГСА на токарном станке 16К20. Режимы резания были следующими: скорость резания V 200 м/мин, подача S 0,3 мм/об, глубина резания t 1 мм. Обработка производилась без СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности Ьз 0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повыщения стойкости, определяемого как отнощение стойкости инструмента с покрытием, состоящим из основного покрытия (Ti, Zr)N, дополнительного подслоя (Ti, Zr, Mo)N и адгезионного подслоя (Ti, Zr, Mo), к стойкости инструмента с покрытием, состоящим из внещнего основ4The cutting tool with a multilayer coating contains a hard alloy tool base 1 and a multilayer coating 2. A multilayer coating 2 consists of an outer main coating of titanium nitride and zirconium 3, an additional sublayer 4 made of titanium nitride, zirconium and molybdenum, and an adhesive a sublayer 5 of titanium, zirconium and molybdenum located between the tool base 1 and the additional sublayer 4. Coatings were applied as follows. The coatings were applied by the CIB method (condensation from the plasma phase in vacuum with ion bombardment). Grinding plates made of hard alloy were placed in the chamber of the Bulat-bT installation with electric arc evaporators installed in it, the cathode materials of which include coating elements. An arc discharge was ignited in the space between the plates and the cathode to vaporize the cathode material. The condensation of the adhesive sublayer 5 of titanium, zirconium, and molybdenum (Ti, Zr, Mo) of a given thickness was realized. Then nitrogen was introduced into the chamber for interaction with the evaporated cathode material. The additional sublayer 4 of titanium, zirconium, and molybdenum (Ti, Zr, Mo) N of a given thickness was condensed. Then, the main coating 3 was condensed from titanium nitride and zirconium (Ti, Zr) N of a given thickness. After that, the nitrogen supply to the chamber was stopped, the arc discharge was turned off. Wear-resistant plates were cooled in a chamber to room temperature. The resistance tests of the cutting tool were carried out with longitudinal turning of ZOKHGSA steel blanks on a 16K20 lathe. The cutting conditions were as follows: cutting speed V 200 m / min, feed S 0.3 mm / rev, cutting depth t 1 mm. Processing was performed without coolant. For the wear criterion, the value of the chamfer of wear along the rear surface of Lz 0.4 mm was taken. The effectiveness of the cutting tool was determined by the value of the coefficient of increase in resistance, defined as the ratio of the tool life with a coating consisting of a main coating (Ti, Zr) N, an additional sublayer (Ti, Zr, Mo) N and an adhesive sublayer (Ti, Zr, Mo), resistance to tools coated with an external base 4

ного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан.a titanium nitride coating and an internal adhesive sublayer comprising an element of the coating material titanium.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием, состоящим из основного покрытия (Ti, Zr)N, дополнительного подслоя (Ti, Zr, Mo)N и адгезионного подслоя (Ti, Zr, Mo), повышается в 2 раза по сравнению с инструментом с многослойным покрытием, состоящим из внешнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан.The resistance of a cutting tool with a multilayer coating consisting of a main coating (Ti, Zr) N, an additional sublayer (Ti, Zr, Mo) N and an adhesive sublayer (Ti, Zr, Mo) is doubled compared to a tool with a multilayer coating , consisting of an external main coating of titanium nitride and an internal adhesive sublayer comprising an element of the coating material - titanium.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment when using the claimed cutting tool with a multilayer coating of the following set of conditions:

-средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с многослойным покрытием при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области нанесения покрытий, в частности в области нанесения покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использовано в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте;-a tool embodying the claimed cutting tool with a multilayer coating in its implementation, is intended for use in industry, namely in the field of coating, in particular in the field of coating by evaporation and condensation in a vacuum, and can be used in tool production for wear-resistant coatings on a cutting tool;

-для заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;-for the declared cutting tool with a multilayer coating in the form as described in the independent paragraph of the stated utility model formula, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is confirmed;

-средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a tool embodying the claimed utility model in its implementation, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию промышленная применимость.Therefore, the claimed utility model meets the condition of industrial applicability.

Claims

A cutting tool with a multilayer coating, containing the tool base and a multilayer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an external main coating of titanium nitride and an internal adhesive sublayer comprising an element of the coating material titanium, characterized in that the external main coating additionally contains zirconium and made of titanium and zirconium nitride, the inner adhesive sublayer additionally contains zirconium and molybdenum and made of titanium, zirconium and molybdenum, and m forward outer primary coating and the adhesive sublayer is optional sublayer of titanium nitride, zirconium and molybdenum.