RU46006U1

RU46006U1 - MULTI-LAYER-CUTTING TOOL

Info

Publication number: RU46006U1
Application number: RU2004119228/22U
Authority: RU
Inventors: В.П. Табаков; А.В. Циркин; А.В. Чихранов; С.С. Порохин
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2005-06-10

Abstract

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и предназначена для получения износостойких покрытий на режущем инструменте в инструментальном производстве. Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента. Предлагается режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана, химического элемента и алюминия; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; в качестве верхнего - такой же материал, как и материал промежуточного слоя, но легированный алюминием. В качестве химического элемента используют железо, хром, молибден, цирконий, кремний.The utility model relates to the field of coating, in particular to coating by evaporation and condensation in a vacuum, and is intended to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool in tool production. The technical result is an increase in the resistance of the cutting tool. A multilayer-coated cutting tool is proposed, comprising a tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, the lower layer of which is used a compound of titanium, a chemical element and aluminum; as an intermediate, titanium nitride or carbonitride and a chemical element; as the top - the same material as the material of the intermediate layer, but alloyed with aluminum. As a chemical element, iron, chromium, molybdenum, zirconium, silicon are used.

Description

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использована в инструментальном 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 in a vacuum, and can be used in tool production to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool.

Известен режущий инструмент с износостойким ионо-плазменным покрытием нитрида титана TiN или карбонитрида титана TiCN, толщиной 3-8 мкм (см. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 123 с.).Known cutting tool with a wear-resistant ion-plasma coating of titanium nitride TiN or titanium carbonitride TiCN, 3-8 μm thick (see Tabakov V.P. Performance of a cutting tool with wear-resistant coatings based on complex titanium nitrides and carbonitrides. Ulyanovsk: UlSTU, 1998. 123 s.).

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 покрытие имеет относительно низкую твердость и уровень сжимающих напряжений и недостаточную прочность сцепления с инструментальной основой. В результате этого покрытие в большей мере подвергается износу, в нем быстро зарождаются и распространяются трещины, приводящие к разрушению покрытия, что снижает стойкость РИ с покрытием.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known coated cutting tool include the fact that in the known coated cutting tool, the applied coating has a relatively low hardness and level of compressive stresses and insufficient adhesion to the tool base. As a result of this, the coating undergoes more wear and tear, cracks quickly nucleate and propagate in it, leading to the destruction of the coating, which reduces the resistance of RI with the coating.

Наиболее близким режущим инструментом с покрытием того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, наносимое методом ГТ ВНИИТС и состоящее из верхнего слоя нитрида титана TiN, промежуточного слоя карбонитрида титана The closest cutting tool with a coating of the same purpose to the claimed utility model in terms of features is a cutting tool with a multilayer coating containing a hard alloy tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, applied by the VNIITS method and consisting of an upper nitride layer titanium TiN, an intermediate layer of titanium carbonitride

TiCN и нижнего слоя карбида титана ТiC (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. с.252), принятый за прототип.TiCN and the lower layer of titanium carbide TiC (see Vereshchak A.S. Serviceability of cutting tools with wear-resistant coatings. M: Engineering, 1993. p. 252), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном РИ с покрытием многослойное покрытие содержит слои нитрида и карбонитрида титана, обладающие низкой прочностью сцепления с инструментальной основой и друг с другом и низкой трещиностойкостью. В результате покрытие плохо сопротивляется процессам износа и разрушения и быстро разрушается при резании.For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known cutting tool with a coating adopted as a prototype, the multilayer coating in the known RI coated contains layers of titanium nitride and carbonitride having low adhesion strength to the tool base and to each other and low crack resistance. As a result, the coating poorly resists the processes of wear and tear and quickly collapses when cutting.

Технический результат - повышение 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 в известном режущем инструменте с покрытием в качестве нижнего слоя покрытия используют соединение титана, химического элемента и алюминия; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; в качестве верхнего - такой же материал, как и материал промежуточного слоя, но легированный алюминием. В качестве химического элемента используют железо, хром, молибден, цирконий, кремний.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in the known coated cutting tool, as the lower coating layer, a compound of titanium, a chemical element and aluminum is used; as an intermediate, titanium nitride or carbonitride and a chemical element; as the top - the same material as the material of the intermediate layer, but alloyed with aluminum. As a chemical element, iron, chromium, molybdenum, zirconium, silicon are used.

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 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

установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с износостойким покрытием, изложенных в формуле изобретения.establish the set of significant distinguishing features in relation to the technical result perceived by the applicant in the claimed cutting tool with a wear-resistant coating set forth in the claims.

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 заключается в следующем. В предлагаемом режущем инструменте 1 из твердого сплава на поверхность наносят многослойное покрытие, состоящее из нижнего слоя 2, содержащего соединение титана, химического элемента и алюминия; промежуточного слоя 3, содержащего нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; верхнего слоя 4, содержащего такой же материал, как и промежуточный слой, но легированный алюминием.The essence of the utility model is as follows. In the proposed carbide cutting tool 1, a multilayer coating is applied to the surface, consisting of a lower layer 2 containing a compound of titanium, a chemical element and aluminum; an intermediate layer 3 comprising titanium nitride or carbonitride and a chemical element; top layer 4 containing the same material as the intermediate layer, but alloyed with aluminum.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Предварительно очищенные от загрязнений неперетачиваемые пластины, изготовленные из твердого сплава МК8, размещали в камере установки "Булат-6Т" с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия. Для получения износостойкого покрытия использовали два противоположных составных катода из титана и химического элемента и один составной катод из титана и алюминия.The coatings were applied by the CIB method (condensation from the plasma phase in vacuum with ion bombardment). Non-grind plates preliminarily cleaned of contaminants made of MK8 hard alloy were placed in the chamber of the Bulat-6T installation with electric arc evaporators installed in it, the cathode materials of which include coating elements. To obtain a wear-resistant coating, two opposite composite cathodes made of titanium and a chemical element and one composite cathode made of titanium and aluminum were used.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали 30ХГСА на токарном станке 16К20. Режимы резания: скорость резания V=180 м/мин, подача S=0,15 мм/об, глубина резания t=0,5 мм, обработка производилась без Durable tests of the cutting tool were carried out with the longitudinal turning of billets made of 30KhGSA steel on a 16K20 lathe. Cutting modes: cutting speed V = 180 m / min, feed S = 0.15 mm / rev, cutting depth t = 0.5 mm, processing was carried out without

применения СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности: h₃=0,4 мм.coolant application. For the wear criterion, the value of the chamfer of wear on the rear surface was taken: h ₃ = 0.4 mm.

В таблице 1 приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.Table 1 shows the test results of RI with the obtained coatings.

Таблица 1Table 1 Результаты испытаний РИ с покрытиемCoated RI Test Results №ппNpp Материал покрытияCoating material Толщина слоев покрытия, мкмThe thickness of the coating layers, microns Стойкость, минResistance, min ПримечаниеNote 1 слой1 layer 2 слой2 layer 3 слой3 layer 11 22 33 44 55 66 77 Обрабатываемый материал - 30ХГСА, V=180 м/мин, S=0,15 мм/мин, t=0,5 ммThe processed material - 30KhGSA, V = 180 m / min, S = 0.15 mm / min, t = 0.5 mm 11 TiNTiN 66 -- -- 4545 АналогAnalogue 22 TiC-TiCN-TiNTiC-TiCN-TiN 22 22 22 131131 ПрототипPrototype 33 TiSiAI-TiSiN-TiSiAINTiSiAI-TiSiN-TiSiAIN 22 22 22 322322 -- 44 TiSiAI-TiSiCN-TiSiAICNTiSiAI-TiSiCN-TiSiAICN 22 22 22 349349 -- 55 TiFeAI-TiFeN-TiFeAINTiFeAI-TiFeN-TiFeAIN 22 22 22 282282 -- 66 TiFeAI-TiFeCN-TiFeAICNTiFeAI-TiFeCN-TiFeAICN 22 22 22 307307 -- 77 TiCrAI-TiCrN-TiCrAINTiCrAI-TiCrN-TiCrAIN 22 22 22 288288 -- 88 TiCrAI-TiCrCN-TiCrAICNTiCrAI-TiCrCN-TiCrAICN 22 22 22 318318 -- 9nine TiMoAI-TiMoN-TiMoAINTiMoAI-TiMoN-TiMoAIN 22 22 22 286286 -- 1010 TiMoAI-TiMoCN-TiMoAICNTiMoAI-TiMoCN-TiMoAICN 22 22 22 312312 -- 11eleven TiZrAI-TiZrN-TiZrAINTiZrAI-TiZrN-TiZrAIN 22 22 22 297297 -- 1212 TiZrAI-TiZrCN-TiZrAICNTiZrAI-TiZrCN-TiZrAICN 22 22 22 326326 --

1. Инструментальный материал - МК81. Tool material - MK8

Как видно из приведенных в табл. 1 данных, стойкость пластин с многослойными покрытиями повышается в 2,2-2,7 раза по сравнению с инструментом с покрытием-прототипом.As can be seen from the table. 1 data, the resistance of plates with multilayer coatings increases 2.2-2.7 times compared with the tool with a coating prototype.

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

- средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с износостойким 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 wear-resistant 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 износостойким 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 wear-resistant coating in the form described in the independent clause 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 that embodies the claimed utility model in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

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

Claims

1. A cutting tool with a multilayer wear-resistant coating, comprising a tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, the lower layer of which is used a compound of titanium, iron and aluminum; as an intermediate, titanium and iron nitride or carbonitride; as the top - the same material as the material of the intermediate layer, but alloyed with aluminum.

2. A cutting tool with a multilayer wear-resistant coating, containing the tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, the lower layer of which is used a compound of titanium, chromium and aluminum; as an intermediate, titanium and chromium nitride or carbonitride; as the top - the same material as the material of the intermediate layer, but alloyed with aluminum.

3. A cutting tool with a multilayer wear-resistant coating, comprising a tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, the lower layer of which is used a compound of titanium, molybdenum and aluminum; as an intermediate, titanium and molybdenum nitride or carbonitride; as the top - the same material as the material of the intermediate layer, but alloyed with aluminum.

4. A cutting tool with a multilayer wear-resistant coating, containing the tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, the lower layer of which is used a compound of titanium, zirconium and aluminum; as an intermediate, titanium and zirconium nitride or carbonitride; as the top - the same material as the material of the intermediate layer, but alloyed with aluminum.

5. A cutting tool with a multilayer wear-resistant coating, containing the tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, the lower layer of which is used a compound of titanium, silicon and aluminum; as an intermediate, titanium and silicon nitride or carbonitride; as the top - the same material as the material of the intermediate layer, but alloyed with aluminum.