RU63277U1 - Инструмент деформации для прессования профилей из титановых сплавов - Google Patents

Инструмент деформации для прессования профилей из титановых сплавов Download PDF

Info

Publication number
RU63277U1
RU63277U1 RU2006141664/22U RU2006141664U RU63277U1 RU 63277 U1 RU63277 U1 RU 63277U1 RU 2006141664/22 U RU2006141664/22 U RU 2006141664/22U RU 2006141664 U RU2006141664 U RU 2006141664U RU 63277 U1 RU63277 U1 RU 63277U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
coating
tool
alloys
deformation tool
Prior art date
Application number
RU2006141664/22U
Other languages
English (en)
Inventor
Геннадий Иванович Астафьев
Евгений Михайлович Файншмидт
Владимир Федорович Пегашкин
Владимир Васильевич Пилипенко
Дмитрий Александрович Крашенинников
Василий Францевич Пилипенко
Любовь Александровна Бабышева
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ"
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ"
Priority to RU2006141664/22U priority Critical patent/RU63277U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU63277U1 publication Critical patent/RU63277U1/ru

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к прокатному производству, а именно к инструменту деформации для горячей пластической деформации титановых сплавов. Технической задачей полезной модели является повышение работоспособности и стойкости инструмента деформации и качества обрабатываемого материала. Техническая задача достигается тем, что на поверхность инструмента деформации специальными электродами наносят жаропрочный слой на основе высококобальтового сплава В3К, а на него наносят упрочняющее покрытие в виде двух легирующих электроэрозионных слоев, имеющих разную твердость, причем для формирования первого слоя используют сплав сормайт, а для формирования второго электроэрозионного слоя в качестве материала электрода используют сплавы ВК-6 или ВК-8, кроме того электрод обдувается охладителем. В качестве охладителя используют сжатый воздух или нейтральный газ. Кроме того формирование первого слоя проводят до достижения толщины наносимого покрытия в пределах 0,4-0,6 общей толщины электроэрозионного покрытия.

Description

Полезная модель относится к прокатному производству, а именно к инструменту деформации для горячей пластической деформации титановых сплавов.
Титан называют металлом будущего. По темпам развития производства титан превзошел алюминий и магний. Последнее объясняется тем, что титан и его сплавы наиболее полно удовлетворяют растущим требованиям ряда ведущих отраслей современной техники: авиации, ракетостроения, судостроения, химической промышленности, медицинской техники и др.
Обладая такими важными эксплуатационными качествами, как высокая удельная прочность при комнатной и повышенной до 600°С температурах и коррозионная стойкость во многих химически активных средах, титан и его сплавы в то же время удовлетворяют и основным критериям технологичности. Они пластичны, удовлетворительно обрабатываются резанием, достаточно хорошо свариваются. Кроме чисто природных качеств на технологичность титановых сплавов во многом влияет правильный выбор параметров обработки.
Наиболее распространенным методом производства полуфабрикатов из титановых сплавов является объемное деформирование в горячем состоянии и, в частности, такие широко применяемые процессы, как штамповка и прессование.
Однако каждый из указанных методов имеет существенные недостатки. Например, при прессовании титановых сплавов со смазкой матрицы выходят из строя через каждые 10-15 прессовок. [1, М.З.Ерманок, Прессование титановых сплавов. М., Металлургия., 1979, с.120-135., 2, Л.А.Никольский, Горячая штамповка и прессование титановых сплавов., М., Машиностроение, 1975, 205 с.]
Основные недостатки процесса прессования связаны с наличием значительных по величине сил трения между деформируемым металлом и прессовым инструментом.
Известны способы упрочнения инструмента деформации, заключающиеся в том, что на предварительно подготовленную поверхность наносится износостойкое покрытие из нитрида титана, при этом образуется переходная зона между поверхностью инструмента и покрытием, величина которой влияет на сцепление покрытия с
материалом инструмента (3, П - 2062817, С 23 С 14/00, 14/ 26, опубл. 1996.06.27.).
Недостатком данного способа является то, что такой способ требует нагрева упрочняемого инструмента деформации, а с ростом температуры увеличивается толщина переходной зоны, что приводит к снижению прочности покрытия.
Известен инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесение на нее трехслойного износостойкого ионно-плазменного покрытия, состоящего из верхнего слоя покрытия нитрида титана и нижнего слоя карбонитрида титана (4, пол. модель №23076, 7 С 23 С 14/ 32, опубл. 2002.05.20).
Наиболее близким к предлагаемому является инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего слоя покрытия нитрида титана TiN, нижнего слоя карбонитрида титана TiCN и дополнительно содержащий промежуточный слой, подвергнутый ионной бомбандировке.
В качестве материала промежуточного слоя выбран нитрид титана -алюминия TiAlN или нитрид титана - циркония TiZrN (5, 6, пол. модель №37721, 37722, 7 С 23 С 14/32, опубл. 2004.05.10).
Основными недостатками таких покрытий является то, что упрочняющие покрытия, обладающие хорошей адгезией к инструментальному материалу, имеют относительно низкую твердость и уровень сжимающих напряжений, либо имеют высокую микротвердость, но недостаточную прочность сцепления с инструментальной основой. В результате этого покрытие легко подвергается абразивному износу, в нем быстро зарождаются и распространяются трещины, приводящие к разрушению покрытия, что снижает стойкость инструмента деформации.
Спецификой прессования профилей из сплавов на основе титана являются:
- температура нагрева слитка около 1000°С;
- высокие усилия прессования, обусловленные высоким пределом текучести материала (при t=1000°С σ>200 МПА, в то время, как сталь при t=1200°С имеет σ<100 МПА;
- высокий коэффициент трения пары Ti - сталь инструмента;
- склонность Ti к адгезионному схватыванию с железом инструмента.
Наибольший интерес при этом представляют методы, с помощью которых достигается значительное упрочнение поверхностных слоев инструмента. Основным достоинством поверхностной обработки инструмента деформации является сочетание высокой твердости и прочности поверхностного слоя с вязкостью и высокой пластичностью основы изделия.
Значительный эффект поверхностного упрочнения достигается за счет повышения не только твердости, но и износо- и коррозионной стойкости рабочей поверхности инструмента деформации.
Для реализации указанных достоинств в промышленных условиях представляют интересы методы упрочнения концентрированными потоками энергии, в том числе с использованием электрических разрядов.
Наиболее простым при этом является способ электроэрозионного легирования.
Электроэрозионное легирование особенно эффективно для повышения износостойкости инструмента деформации в условиях острейшего дефицита инструментальных сталей.
Технической задачей полезной модели является повышение работоспособности и стойкости инструмента деформации и качества обрабатываемого материала.
Поставленная задача достигается тем, что на инструмент деформации наносят жаропрочный слой на основе высококобальтового сплава В3К, а на него наносят упрочняющее покрытие в виде двух электроэрозионных слоев, имеющих разную твердость, причем для формирования первого слоя используют сплав сормайт, а для формирования второго слоя используют сплавы ВК-6 или ВК-8, при этом толщина первого слоя составляет 0,4-0,6 общей толщины электроэрозионного покрытия.
Полезная модель поясняется чертежом - фиг.1, на котором показан инструмент деформации с электроэрозионным покрытием (ЭИП).
Инструмент состоит из основного материала 1, изготовленного из инструментальной стали и нанесенных жаропрочного 2 и электроэрозионного покрытий, причем ЭИП выполнено в виде двух слоев 3 и 4, которые имеют разную твердость.
Для осуществления предлагаемого технического решения обрабатываемый инструмент деформации подвергают сначала наплавке жаропрочным высококобальтовым сплавом с последующим нанесением
2-х слойного электроэрозионного покрытия известными способами. В зависимости от исходных физико-химических свойств обрабатываемой поверхности устанавливают режимы обработки и вид легирующего материала - электрода.
В процессе электроэрозионного легирования материал электрода переносится на обрабатываемую поверхность инструмента, образуя слой высокопрочного покрытия из легирующего материала.
Преимущество заявленного технического решения заключается в том, что качественный и количественный состав жаростойкого, теплопроводного материала, используемого в качестве первого слоя ЭИП обеспечивает образование неограниченного твердого раствора с материалом детали и жаропрочной наплавкой, а состав износостойкого второго слоя образует неограниченный твердый раствор с материалом первого слоя, что в первом и во втором случае обеспечивает хорошую сцепляемость.
Первый слой ЭИП, имеющий высокую жаростойкость до 1000°С и теплопроводность, соответствующую материалу детали и наваренному слою, обеспечивает изменение внутренних напряжения растяжения и напряжения сжатия, а также равномерность распределения толщины слоя покрытия.
Материал второго слоя ЭИП обеспечивает повышенную износостойкость, локализацию пор покрытия (улучшает сплошность покрытия) и способствует быстрому периоду приработки.
В момент соприкосновения электрода с деталью возникают большие токи короткого замыкания и электрод начинает греться, и, если не производить охлаждение, то электрод может раскалиться и будет происходить налипание капелек материала электрода на деталь.
Кроме того происходит окисление нагретого электрода за счет взаимодействия с кислородом воздуха, что приводит к быстрому износу электрода.
Для устранения этого недостатка предлагается производить охлаждение электрода охладителем. В качестве охладителя используют сжатый воздух или нейтральный газ, который подают к электроду через специальное сопло.
Пример
Матрица для прессования профиля из титанового сплава изготовлена из материала 5 ХНМ, имеет износ боковой поверхности до 2,0 мм.
Восстановление размеров изношенной поверхности матрицы производили методом наплавки высококобальтового сплава из прутковых электродов В3К диаметром 10 мм. Затем поверхность отшлифовали до шероховатости Ra - 2,5 мкм.
После чего на наплавленный слой нанесли 2-х слойное электроэрозионное покрытие. Сначала нанесли упрочняющий слой на основе сплава - сормайта (Сr - 30%, С - 2,5%, остальное железо). Процесс формирования первого слоя выполняли на толщину 0,55 общей толщины ЭИП.
Второй упрочняющий слой формировали на этой же электроискровой установке при том же расположении вибрирующего электрода. Для образования второго слоя использовали электрод из материала сплавов ВК-6 или ВК-8, обеспечивающий быстрый период приработки, закрытие пор, образованных в слое, повышенную температуру плавления и теплопроводность по сравнению с материалом матрицы.
При нанесении упрочняющих покрытий в зону контакта электрода с деталью через специальное сопло подавали сжатый воздух.
Используя микроскоп типа МПБ-2 с 24-х кратным увеличением установили, что вся поверхность имела равномерное электроэрозионное покрытие, между отдельными участками разрывов не наблюдалось.
Для экспериментальных проработок предлагаемого технического решения была изготовлена опытная партия из 30 матриц для прессования титановых сплавов.
Исследования режимов электроэрозионного покрытия инструмента деформации из инструментальных марок сталей с применением тугоплавких электродов типа ВК6, ВК8, ВК15, Ni-Cr, T15K6, Сr, сормайт и др., показали, что наилучший эффект упрочнения детали был достигнут при нанесении первого (нижнего) слоя покрытия из сплава сормайт, а для формирования второго (верхнего) слоя использовали сплавы ВК-6 или ВК-8.
При этом толщина нижнего слоя составляла 0,4 - 0,6 от общей толщины электроэрозионного покрытия.
Проведенные опытные испытания упрочненного инструмента приведены в таблице.
Таблица №1
Способ упрочнения Легирующий материал Время работы инструмента Коэффициент износостойкости
деформации (кол-во опрессовок)
2-х слойное
электроэрозио
иное
- ВК-6, ВК-8 - верхний
слой,
сормайт - нижний
слой
48 3,20
ионно-лазменное
покрытие (по прототипу)
- TiN - верхний слой, - TiAl, TiZrN - промежуточный слой, - TiCN - нижний слой. 35 2,33
однослойное
электроэрозио
иное
порытие
сормайт 40 2,66
контольные без
упрочнения
- 15 1,00
Как видно из приведенных в таблице №1 данных, коэффициент износостойкости инструмента, обработанного по предлагаемому техническому решению выше в 2,6-3,2 раза в сравнении с обычным термозакаленным инструментом и в 1,4 раза выше обработанных по способу-прототипу.
Предлагаемое техническое решение позволяет существенно повысить износостойкость и жаропрочность инструмента деформации, сократить расход дорогостоящих инструментальных материалов, что существенно повышает эффективность применения инструмента.
Таким образом заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу.
Достоинством данного технического решения является:
- высокая прочность сцепления нанесенного материала электрода с инструментальной основой за счет взаимного диффузионного механического перемешивания;
- возможность локального нанесения покрытия без специальной защиты остальной поверхности;
- отсутствие изменений физико-механических свойств деталей;
- уменьшение адгезионного схватывания Ti с материалом инструмента деформации.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-технической информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источников, характерезующихся признаками, тождественным всем существенным признакам заявляемой полезной модели.
Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию "новизна".
Заявляемая полезная модель может быть реализована промышленным способом в условиях серийного производства промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Claims (3)

1. Инструмент деформации для прессования профилей из титановых сплавов, содержащий инструментальную основу из легированной инструментальной стали и нанесенное на нее упрочняющее покрытие из сплавов и металлов, отличающийся тем, что упрочняющее покрытие выполнено в виде жаропрочного слоя на основе высококобальтового сплава В3К и двух электроэрозионных слоев, имеющих разную твердость, причем для формирования первого электроэрозионного слоя используют сплав сормайт, а для формирования второго электроэрозионного слоя в качестве материала электрода используют сплавы ВК-6 или ВК-8, кроме того, электрод обдувается охладителем.
2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют сжатый воздух или нейтральный газ.
3. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что формирование первого слоя проводят до достижения толщины наносимого покрытия в пределах 0,4-0,6 общей толщины электроэрозионного покрытия.
Figure 00000001
RU2006141664/22U 2006-11-24 2006-11-24 Инструмент деформации для прессования профилей из титановых сплавов RU63277U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006141664/22U RU63277U1 (ru) 2006-11-24 2006-11-24 Инструмент деформации для прессования профилей из титановых сплавов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006141664/22U RU63277U1 (ru) 2006-11-24 2006-11-24 Инструмент деформации для прессования профилей из титановых сплавов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU63277U1 true RU63277U1 (ru) 2007-05-27

Family

ID=38311467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006141664/22U RU63277U1 (ru) 2006-11-24 2006-11-24 Инструмент деформации для прессования профилей из титановых сплавов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU63277U1 (ru)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU74845U1 (ru) Инструмент деформации с многослойным покрытием
Kumar et al. Surface modification of die steel materials by EDM method using tungsten powder-mixed dielectric
Navinšek et al. Improvement of hot-working processes with PVD coatings and duplex treatment
Navinšek et al. Improvement of hot forging manufacturing with PVD and DUPLEX coatings
RU75350U1 (ru) Инструмент деформации для прессования профилей из титановых сплавов
CA2659849C (en) Process for setting the thermal conductivity of a steel, tool steel, in particular hot-work steel, and steel object
Lee et al. Electrical discharge surface alloying
KR102462210B1 (ko) 냉간 압연되고 재결정 어닐링된 평강 제품 및 평강 제품의 제조 방법
US20190351486A1 (en) Aluminum substrates with metal-matrix composite at feature areas
Terčelj et al. Laboratory assessment of wear on nitrided surfaces of dies for hot extrusion of aluminium
CN1384218A (zh) 耐烧结性及耐磨耗性优良的中高温加工用被覆工具
CN1066490C (zh) 用于铸造铝或铝合金的铜合金铸模,其制造方法和用途
Gill et al. Investigation of micro-hardness in electrical discharge alloying of En31 tool steel with Cu–W powder metallurgy electrode
JP2002307129A (ja) 潤滑剤付着性および耐摩耗性に優れた温熱間加工用被覆工具
Patowari et al. Surface modification of C40 steel using WC-Cu P/M green compact electrodes in EDM
RU63277U1 (ru) Инструмент деформации для прессования профилей из титановых сплавов
CN100467265C (zh) 适合于机加工用途的金属坯块
RU64969U1 (ru) Матрица для прессования профилей из титановых сплавов
RU77195U1 (ru) Матрица для прессования профилей из титановых сплавов
RU60014U1 (ru) Инструмент деформации с электроэрозионным покрытием
JP2005305510A (ja) プレス型工具
CN100500927C (zh) 金属陶瓷复合材料制造方法
RU82612U1 (ru) Штамповый инструмент с защитным покрытием
RU82613U1 (ru) Инструмент с защитным покрытием
RU74592U1 (ru) Инструмент деформации с многослойным покрытием

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20071125