RU54039U1

RU54039U1 - MULTI-LAYER CUTTING TOOL

Info

Publication number: RU54039U1
Application number: RU2005134103/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Табаков; Алексей Валерьевич Циркин; Сергей Сергеевич Порохин; Алексей Валерьевич Чихранов; Николай Анатольевич Ширманов
Priority date: 2005-11-03
Filing date: 2005-11-03
Publication date: 2006-06-10

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 из твердого сплава и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, отличающийся тем, что покрытие состоит из нижнего слоя нитрида соединения титана и алюминия и верхнего слоя нитрида соединения титана, алюминия и кремния, причем для покрытий толщиной до 5 мкм включительно толщина нижнего слоя составляет 40-50% от общей толщины, а для покрытий толщиной 5-9 мкм толщина нижнего слоя составляет 25-30% от общей толщины.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 cutting tool with a multilayer coating is proposed, comprising a hard alloy tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, characterized in that the coating consists of a lower layer of a nitride compound of titanium and aluminum and a top layer of a nitride compound of titanium, aluminum and silicon, for coatings up to 5 microns thick, inclusive, the thickness of the lower layer is 40-50% of the total thickness, and for coatings 5-9 microns thick, the thickness of the lower layer is 25-30% of the total thickness.

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 ионно-плазменным покрытием TiN, содержащим один слой толщиной 3-8 мкм (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 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. The performance of the cutting tool with wear-resistant coatings. M .: Mechanical Engineering, 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 многослойное покрытие наносится методом ГТ ВНИИТС (в соответствии с технологией химического осаждения покрытия из газовой фазы) (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252). Недостатками метода ГТ является то, что процесс нанесения осуществляется при температурах, не позволяющих упрочнять инструмент из быстрорежущей стали; прочность инструмента с покрытием имеет достаточно широкий разброс значений (то есть технологии присуща нестабильность прочностных параметров продукции - инструмента с покрытием).The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known cutting tool with a coating include the fact that in a known cutting tool a multilayer coating is applied by the VNIITS method (in accordance with the technology of chemical deposition of the coating from the gas phase) (see A. Vereshchak The performance of the cutting tool with wear-resistant coatings. M.: Mechanical Engineering, 1993. S. 252). The disadvantages of the HT method is that the application process is carried out at temperatures that do not allow hardening of high-speed steel tools; the strength of the coated tool has a fairly wide range of values (that is, the technology is characterized by instability of the strength parameters of the product — the coated tool).

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 двухслойное износостойкое покрытие, состоящее из верхнего 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 hard alloy tool base and a two-layer wear-resistant coating deposited on it, consisting of a top

слоя нитрида титана и циркония TiZrN и нижнего слоя нитрида титана TiN (см. Табаков В.П. Принцип формирования многослойного покрытия для режущего инструмента, работающего в условиях непрерывного резания / В.П.Табаков, А.А.Ермолаев // Вестник Ульяновского государственного технического университета. - 2004. - № 2. - С.36-38.), принятый за прототип.layer of titanium nitride and zirconium TiZrN and the lower layer of titanium nitride TiN (see Tabakov V.P. The principle of forming a multilayer coating for a cutting tool operating in a continuous cutting environment / V.P. Tabakov, A.A. Ermolaev // Bulletin of the Ulyanovsk State Technical University. - 2004. - No. 2. - P.36-38.), adopted 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 многослойное покрытие обладает низкой способностью сопротивляться коррозионно-окислительному и диффузионному износу и обладает недостаточной твердостью и износостойкостью.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 in a known cutting tool, a multilayer coating has a low ability to resist corrosion, oxidation and diffusion wear and has insufficient hardness and wear resistance.

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 следующим. Возрастает твердость и износостойкость покрытия за счет того, что в качестве верхнего слоя используется тройной нитрид титана, алюминия и кремния, обладающий высокими микротвердостью и остаточными сжимающими напряжениями. Увеличению прочности сцепления слоев способствует то, что слои имеют высокое химическое сродство, включая по большей части одинаковые химические элементы. Снижению коррозионных и диффузионных процессов износа способствует высокая термодинамическая стабильность свойств сложнолегированных материалов слоев.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved as follows. The hardness and wear resistance of the coating increases due to the fact that the upper layer uses triple nitride of titanium, aluminum and silicon, which has high microhardness and residual compressive stresses. The adhesion of the layers is enhanced by the fact that the layers have high chemical affinity, including for the most part identical chemical elements. The high thermodynamic stability of the properties of complex alloyed layer materials contributes to the reduction of corrosion and diffusion wear processes.

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 An 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, made it possible to establish that the applicant did not find a source characterized by characteristics identical to all essential

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 изобретения.the features of the claimed utility model, determined from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in terms of the totality of the features of the analogue, it was possible to establish a set of distinctive features that are seen by the applicant as the technical result of the claimed cutting tool with a multilayer 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 многослойном ионно-плазменном покрытии 1 на инструментальную основу из твердого сплава 4 наносят нижний слой 3 нитрида соединения титана и алюминия и верхний слой 2 нитрида соединения титана, алюминия и кремния. При этом для покрытий толщиной от 3 до 5 мкм включительно толщина нижнего слоя составляет 40-50 % от общей толщины, а для покрытий толщиной свыше 5 и до 9 мкм толщина нижнего слоя составляет 25-30 % от общей толщины.The essence of the utility model is as follows. In the proposed multilayer ion-plasma coating 1, a lower layer 3 of a titanium and aluminum compound nitride and a top layer of a nitride of a compound of titanium, aluminum and silicon are deposited on a hard alloy 4 tool base. Moreover, for coatings with a thickness of 3 to 5 μm inclusive, the thickness of the lower layer is 40-50% of the total thickness, and for coatings with a thickness of more than 5 and 9 μm, the thickness of the lower layer is 25-30% of the total thickness.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой) на установке "Булат-6Т" с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия.The coatings were applied by the CIB method (condensation from a plasma phase in vacuum with ion bombardment) on a Bulat-6T installation with electric arc evaporators installed in it, the cathode materials of which include coating elements.

Стой костные испытания режущего инструмента проводили при токарной обработке заготовок из стали 30ХГСА на станке 1К62. Режимы резания были следующими: скорость резания V=200-220 м/мин, подача S=0,15-0,3 мм/мин, глубина резания t = 1,5 мм. Обработка производилась без СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности h₃=0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения The one-time bone tests of the cutting tool were carried out during turning of billets made of 30KhGSA steel on a 1K62 machine. The cutting conditions were as follows: cutting speed V = 200-220 m / min, feed S = 0.15-0.3 mm / min, cutting depth t = 1.5 mm. Processing was done without coolant. For the wear criterion, the value of the chamfer of wear on the rear surface h ₃ = 0.4 mm was taken. The effectiveness of the cutting tool was determined by the magnitude of the coefficient of increase

стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с разработанными многослойными покрытиями к стойкости инструмента с покрытием TiN.resistance, defined as the ratio of tool life with developed multilayer coatings to tool life with a TiN coating.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием TiAIN-TiAISiN в 3,0-3,5 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием TiN.The resistance of a TiAIN-TiAISiN multilayer cutting tool is 3.0-3.5 times higher compared to a TiN coated tool.

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 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 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 полезная 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 coating, containing a hard alloy tool base and a two-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, characterized in that the coating consists of a lower layer of titanium-aluminum compound nitride and an upper layer of titanium, aluminum and silicon compound nitride.

2. The cutting tool according to claim 1, characterized in that in the case of a total thickness of 3 to 5 μm inclusive, the proportion of the lower layer is 40-50% of the total thickness of the coating.

3. The cutting tool according to claim 1, characterized in that in the case of a total thickness of more than 5 to 9 μm inclusive, the proportion of the lower layer is 25-30% of the total coating thickness.