RU74592U1

RU74592U1 - MULTI-LAYER DEFORMATION TOOL

Info

Publication number: RU74592U1
Application number: RU2008105814/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Иванович Астафьев (RU); Геннадий Иванович Астафьев; Евгений Михайлович Файншмидт (RU); Евгений Михайлович Файншмидт; Владимир Федорович Пегашкин (RU); Владимир Федорович Пегашкин; Владимир Васильевич Пилипенко (RU); Владимир Васильевич Пилипенко; Владимир Ильич Воротников (RU); Владимир Ильич Воротников; Андрей Владимирович Андриянов (RU); Андрей Владимирович Андриянов; Василий Францевич Пилипенко (RU); Василий Францевич Пилипенко
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2008-07-10

Abstract

1. Инструмент деформации с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на него упрочняющее износостойкое покрытие из сплавов и металлов, отличающийся тем, что упрочняющее покрытие выполнено в виде двух электроэрозионных слоев, имеющих разную твердость, причем для формирования первого слоя используют электрод из сплава, содержащего, мас.%: никель 60-70, хром 30-40, а для формирования второго слоя в качестве материала электрода используют хром, кроме того, вибрирующий 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 0,35-0,65 общей толщины электроэрозионного покрытия.1. The deformation tool with a multilayer coating containing a tool base of hard alloy and applied to it a hardening wear-resistant coating of alloys and metals, characterized in that the hardening coating is made in the form of two electroerosive layers having different hardness, and an electrode is used to form the first layer from an alloy containing, wt.%: nickel 60-70, chromium 30-40, and chromium is used as the electrode material to form a second layer, in addition, a vibrating electrode is blown by a cooler Em.2. The tool according to claim 1, characterized in that compressed air or neutral gas is used as a cooler. The tool according to claim 1, characterized in that the formation of the first layer is carried out until the thickness of the applied coating is achieved within 0.35-0.65 of the total thickness of the erosion coating.

Description

Полезная модель относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и может быть использована для повышения износостойкости, восстановления размеров, упрочнения и повышения коррозионной стойкости инструмента деформации.The utility model relates to electrophysical and electrochemical processing methods and can be used to increase wear resistance, restore size, hardening and increase the corrosion resistance of a deformation tool.

Известен способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали, включающий насыщение из обмазки, содержащей, %:A known method of hardening a tool made of high speed steel, comprising saturation from a coating containing,%:

ферротитан 50-60, карбид бора 20-30, краснокровяная соль 15-25, хлористый аммоний 2-3, и последующий трехкратный отпуск совместно с сульфидированием в герметическом муфеле в среде сульфата натрия при 550-570°С в течении 1 ч.ferrotitanium 50-60, boron carbide 20-30, red blood salt 15-25, ammonium chloride 2-3, and subsequent triple tempering together with sulfidation in an airtight muffle in sodium sulfate at 550-570 ° C for 1 h.

Перед насыщением из обмазки инструмент шлифуют, затачивают и подвергают цементации при 980-1020°С с выдержкой в течение 1,5 ч. и охлаждением вместе с муфелем, состав обмазки разводят в этилсиликате до получения сметанообразной пасты, а в качестве ферротитана используют FeTi - 75 (П-2172360, 7 C23C 12/00, C23F 17/00, опубл. 2001.08.20).Before saturation from the coating, the tool is ground, ground and grouted at 980-1020 ° С for 1.5 hours and cooled together with the muffle, the composition of the coating is diluted in ethyl silicate to obtain a creamy paste, and FeTi - 75 is used as ferrotitanium (P-2172360, 7 C23C 12/00, C23F 17/00, publ. 2001.08.20).

Недостатком данного способа является его сложность воспроизводства и невысокая прочность сцепления наносимого покрытия с материалом инструмента.The disadvantage of this method is its complexity of reproduction and low adhesion strength of the applied coating to the tool material.

Известны способы упрочнения инструментов, 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 (П-2062817, C23C 14/00, 14/26, опубл. 1996.06.27.). Недостатком данного способа является то, что такой способ требует нагрева упрочняемого инструмента, а с ростом температуры увеличивается толщина переходной зоны, что приводит к снижению прочности покрытия.Known methods for hardening tools are that a wear-resistant coating of titanium nitride is applied to a previously prepared surface, and a transition zone is formed between the surface of the tool and the coating, the value of which affects the adhesion of the coating to the tool material (P-2062817, C23C 14/00 , 14/26, publ. 1996.06.27.). The disadvantage of this method is that this method requires heating the hardened tool, and with increasing temperature, the thickness of the transition zone increases, which leads to a decrease in the strength of the coating.

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 (пол. модель №23076, 7 C23C 14/32, опубл. 2002.05.20).A well-known tool with a multilayer coating containing a hard alloy tool base and applying a three-layer wear-resistant ion-plasma coating on it, consisting of an upper layer of titanium nitride coating and a lower layer of titanium carbonitride (floor model No. 23076, 7 C23C 14/32, publ. 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.Closest to the proposed tool is a multilayer coating containing a hard alloy tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an outer layer of titanium nitride TiN, a lower layer of titanium carbonitride TiCN and additionally containing an intermediate layer subjected to ion bombardment .

В качестве материала промежуточного слоя выбран нитрид титана-алюминия TiAIN или нитрид титана-циркония NiZrN (пол. модели №№37721, 37722, 7 C23C 14/32, опубл. 2004.05.10).As the material of the intermediate layer, titanium aluminum nitride TiAIN or titanium zirconium nitride NiZrN was selected (model no. 37721, 37722, 7 C23C 14/32, publ. 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.The main disadvantages of such coatings are that reinforcing coatings having good adhesion to the tool material have a relatively low hardness and level of compressive stresses, or have high microhardness, but insufficient adhesion to the tool base. As a result of this, the coating easily undergoes abrasive wear, cracks quickly nucleate and propagate in it, leading to the destruction of the coating, which reduces the resistance of the deformation tool.

Наибольший интерес при этом представляют методы, с помощью которых достигается значительное упрочнение поверхностных слоев инструмента. Основным достоинством поверхностной обработки инструмента является сочетание высокой твердости и прочности поверхностного слоя с вязкостью и высокой пластичностью основы изделия.In this case, the most interesting are the methods by which significant hardening of the surface layers of the tool is achieved. The main advantage of the surface treatment of the tool is the combination of high hardness and strength of the surface layer with the viscosity and high ductility of the base of the product.

Значительный эффект поверхностного упрочнения достигается за счет повышения не только твердости, но и износо- и коррозионной стойкости рабочей поверхности инструмента деформации.A significant effect of surface hardening is achieved by increasing not only the hardness, but also the wear and corrosion resistance of the working surface of the deformation tool.

Для реализации указанных достоинств в промышленных условиях представляют интересы методы упрочнения концентрированными потоками энергии, в том числе с использованием электрических разрядов.To realize these advantages under industrial conditions, methods of hardening by concentrated energy flows, including using electric discharges, are of interest.

Наиболее простым при этом является способ электроэрозионного легирования.The simplest method is electroerosive alloying.

Электроэрозионное легирование особенно эффективно для повышения износостойкости инструмента деформации в условиях острейшего дефицита инструментальных сталей.Electroerosive alloying is especially effective for increasing the wear resistance of a deformation tool in the conditions of an acute shortage of tool steels.

Технической результатом полезной модели является повышение работоспособности и стойкости инструмента деформации.The technical result of the utility model is to increase the health and durability of the deformation tool.

Технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что на поверхность инструмента деформации специальными электродами нанесено покрытие в виде двух легирующих электроэрозионных слоев, имеющих разную твердость, причем для формирования первого слоя используют электрод из сплава, содержащего, мас.%: никель 60-70, хром 30-40, а для формирования второго слоя в качестве материала электрода используют хром, кроме того вибрирующий электрод обдувается охладителем, в качестве охладителя используют сжатый воздух или нейтральный газ, также формирование первого слоя проводят до достижения толщины наносимого покрытия в пределах 0,35-0,65 общей толщины электроэрозионного покрытия.The technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that the surface of the deformation tool is coated with special electrodes in the form of two alloying electroerosion layers having different hardness, and for the formation of the first layer an electrode is used from an alloy containing, wt.%: Nickel 60-70, chrome 30-40, and for the formation of the second layer, chromium is used as the electrode material, in addition, the vibrating electrode is blown by a cooler, compressed air is used as a cooler or neutral gas as the formation of the first layer is carried out until the thickness of the coating in the range 0,35-0,65 overall thickness of the electro coat.

Полезная модель поясняется чертежом - фиг.1, на котором показан инструмент деформации с электроэрозионным покрытием.The utility model is illustrated by the drawing - figure 1, which shows a deformation tool with an EDM coating.

Инструмент деформации состоит из основного материала 1, выполненного из инструментальной стали и нанесенного электроэрозионного покрытия в виде двух слоев 2 и 3, выполненных из разных материалов и имеющих разную твердость.The deformation tool consists of a base material 1 made of tool steel and an applied electrical discharge coating in the form of two layers 2 and 3 made of different materials and having different hardness.

Для осуществления предлагаемого технического решения обрабатываемый инструмент деформации подвергают электроэрозионной обработке известными способами. В зависимости от исходных физико-химических свойств обрабатываемой поверхности устанавливают режимы обработки и вид легирующего материала-электрода.To implement the proposed technical solution, the machined deformation tool is subjected to electrical discharge machining by known methods. Depending on the initial physicochemical properties of the treated surface, the treatment regimes and the type of alloying electrode material are established.

В процессе электроэрозионного упрочнения материал электрода переносится на обрабатываемую поверхность инструмента, образуя слой высокопрочного покрытия из легирующего материала.In the process of electroerosive hardening, the electrode material is transferred to the machined surface of the tool, forming a layer of high-strength coating of alloying material.

Преимущество заявляемого технического решения заключается в том, что качественный и количественный состав теплопроводного материала, используемого в качестве первого слоя, обеспечивает образование неограниченного твердого раствора с материалом инструмента, а состав второго слоя образует неограниченный твердый раствор с материалом первого слоя, что в первом и во втором случае обеспечивает хорошую сцепляемость.The advantage of the claimed technical solution is that the qualitative and quantitative composition of the heat-conducting material used as the first layer provides the formation of an unlimited solid solution with the tool material, and the composition of the second layer forms an unlimited solid solution with the material of the first layer, which is in the first and second case provides good adhesion.

Первый слой покрытия, имеющий высокую жаростойкость до 1000°С и теплопроводность, соответствующую материалу детали инструмента, обеспечивает изменение внутреннего напряжения растяжения и напряжения сжатия, а также равномерность распределения толщины слоя покрытия.The first coating layer having high heat resistance up to 1000 ° C and thermal conductivity corresponding to the material of the tool part provides a change in the internal tensile stress and compression stress, as well as the uniform distribution of the coating layer thickness.

Материал второго слоя обеспечивает повышенную износостойкость, локализацию пор покрытия (улучшает сплошность покрытия) и способствует быстрому периоду приработки.The material of the second layer provides increased wear resistance, localization of the pores of the coating (improves the continuity of the coating) and contributes to a quick break-in period.

В момент соприкосновения электрода с деталью инструмента 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 инструмент.At the moment of contact of the electrode with the tool part, large short-circuit currents occur and the electrode starts to heat up, and if cooling is not performed, the electrode may become hot and droplets of the electrode material will stick to the tool.

Кроме того происходит окисление нагретого электрода за счет взаимодействия с кислородом воздуха, что приводит к быстрому износу электрода.In addition, the heated electrode is oxidized due to interaction with atmospheric oxygen, which leads to rapid electrode wear.

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.To eliminate this drawback, it is proposed to perform electrode cooling with a cooler. As a cooler, compressed air or neutral gas is used, which is supplied to the electrode through a special nozzle.

Исследования режимов электроэрозионного легирования инструмента деформации из инструментальных марок сталей с применением тугоплавких электродов типа ВК6, ВК8, ВК15, Т15К6, Cr, Ni, сормайт и др., показали, что наилучший эффект упрочнения инструмента был достигнут при нанесении первого (нижнего) слоя покрытия из электрода, состоящего из сплава содержащего, масс.%: никель 60-70, хром 30-40, а для формирования второго слоя в качестве материала электрода используют хром, при этом вибрирующий электрод обдувается охладителем, а в качестве охладителя используют сжатый воздух или нейтральный газ. Кроме того формирование первого слоя проводят до достижения толщины наносимого покрытия в пределах 0,35-0,65 от общей толщины нанесенного электроэрозионного покрытия.Studies of the modes of electroerosive alloying of a deformation tool made of tool steels using refractory electrodes such as VK6, VK8, VK15, T15K6, Cr, Ni, Sormait, etc., showed that the best tool hardening effect was achieved when applying the first (lower) coating layer from an electrode consisting of an alloy containing, wt.%: nickel 60-70, chromium 30-40, and for the formation of the second layer, chromium is used as the electrode material, while the vibrating electrode is blown by the cooler, and as the cooler is used form a compressed air or a neutral gas. In addition, the formation of the first layer is carried out until the thickness of the applied coating is reached within 0.35-0.65 of the total thickness of the applied electrical discharge coating.

ПримерExample

Электроискровое покрытие режущего инструмента проводили при следующих параметрах:The spark coating of the cutting tool was carried out with the following parameters:

- технологический ток, А- technological current, A - 90- 90 - напряжение холостого хода, В- open circuit voltage, V - 110- 110 - емкость конденсаторов, мкФ.is the capacitance of the capacitors, microfarads. - 1000- 1000 - охлаждение электрода- electrode cooling - сжатый воздух- compressed air - твердость материала инструмента, HRC- hardness of tool material, HRC - 46- 46 - твердость материала 1-го слоя, HRC- hardness of the material of the 1st layer, HRC - 57- 57 - твердость материала 2-го слоя, HRC- hardness of the material of the 2nd layer, HRC - 65- 65 - толщина 1-го слоя покрытия, мм- thickness of the 1st coating layer, mm - 0,35- 0.35 - толщина 2-го слоя покрытия, мм- thickness of the 2nd coating layer, mm - 0,25- 0.25

- сплошность покрытия за один проход, %- coating continuity in one pass,% - 95- 95

Было установлено, что общий уровень износостойкости инструмента деформации, упрочненного указанными сплавами, оказался значительно выше, чем у неупрочненных термозакаленных контрольных образцов.It was found that the overall level of wear resistance of a deformation tool hardened by the indicated alloys turned out to be significantly higher than that of unreinforced thermally quenched control samples.

Эффективность упрочненного инструмента деформации определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с покрытием по заявляемому техническому решению к стойкости инструмента с покрытием по методу способа - прототипа и к стойкости инструмента без упрочнения. При нанесении электроэрозионного покрытия в зону контакта электрода с инструментом через специальное сопло подавали сжатый газ. Используя микроскоп типа МПБ-2 с 24-х кратным увеличением установили, что вся поверхность имела равномерное электроэрозионное покрытие, между отдельными участками разрывов не наблюдалось.The effectiveness of the hardened deformation tool was determined by the value of the coefficient of increase in resistance, defined as the ratio of the resistance of the coated tool according to the claimed technical solution to the resistance of the coated tool according to the method of the prototype and to the tool life without hardening. When applying an EDM coating, compressed gas was supplied through a special nozzle into the zone of contact between the electrode and the tool. Using a microscope of the MPB-2 type with a 24-fold increase, it was found that the entire surface had a uniform electroerosive coating, no gaps were observed between the individual sections.

Данные по износостойкости приведены в таблице №1.Data on wear resistance are given in table No. 1.

Как видно из приведенных в таблице №1 данных, коэффициент износостойкости инструмента деформации, обработанного по предлагаемому техническому решению выше в 1,39-1,63 раза в сравнении с обычным термозакаленным инструментом без упрочнения и в 1,26 раза выше, чем обработанные по способу - прототипу. Предлагаемое техническое решение позволяет существенно повысить стойкость инструмента деформации, а также сократить расход дорогостоящих инструментальных материалов, что существенно повышает эффективность применения инструмента.As can be seen from the data in table No. 1, the coefficient of wear resistance of a deformation tool processed by the proposed technical solution is higher by 1.39-1.63 times in comparison with a conventional thermally hardened tool without hardening and 1.26 times higher than that processed by the method - prototype. The proposed technical solution can significantly increase the resistance of the deformation tool, as well as reduce the consumption of expensive tool materials, which significantly increases the efficiency of the tool.

Согласно таблицы №2 наилучшие показатели по стойкости инструмента были достигнуты при нанесении двух электроэрозионных слоев, причем нижний слой выполняют на основе материалов Ni+Cr с содержанием элементов в % 60 на 40, а верхний слой выполняют из материала Cr, кроме того толщина первого электроэрозионного слоя находится в пределах 0,35-0,65 общей толщины электроэрозионного покрытия. Данные показатели были достигнуты опытно-практическими проработками предлагаемого технического решения.According to table No. 2, the best indicators of tool life were achieved when two electroerosion layers were applied, the lower layer being based on Ni + Cr materials with an element content of 60% by 40, and the upper layer is made of Cr material, in addition, the thickness of the first electroerosive layer is in the range of 0.35-0.65 of the total thickness of the erosion coating. These indicators were achieved by experimental and practical studies of the proposed technical solution.

Таким образом заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную задачу.Thus, the claimed technical solution fully fulfills the task.

Достоинством данного технического решения является:The advantage of this technical solution is:

- высокая прочность сцепления нанесенного материала электрода с инструментальной основой за счет взаимного диффузионного механического перемешивания;- high adhesion strength of the applied electrode material to the instrumental base due to mutual diffusion mechanical mixing;

- возможность локального нанесения покрытия без специальной защиты остальной поверхности;- the possibility of local coating without special protection of the remaining surface;

- отсутствие изменений физико-механических свойств деталей.- the absence of changes in the physical and mechanical properties of parts.

Таблица №1Table number 1 Способ упрочненияHardening method Легирующий материалAlloying material Время работы инструмента, кол-во опрессовокTool working time, number of crimping Коэффициент износостойкостиWear coefficient 2-х слойное электроэрозионное2-layer electroerosive нижний слой- Ni+Cr верхний слой - Crbottom layer - Ni + Cr top layer - Cr 6262 1,631,63 ионно-плазменное покрытие (по прототипу)ion-plasma coating (prototype) TiN TiAIN, NiZrN TiCNTiN TiAIN, NiZrN TiCN 4848 1,261.26 однослойное электроэрозионное покрытиеsingle layer electroerosive coating CrCr 5353 1,391.39 контольные без упрочненияcontrol without hardening -- 3838 1,001.00

Таблица №2Table number 2 №No. Упрочнение с нанесением с электроэрозионных слоевHardening with application from electroerosive layers Стойкость инструмена, кол-во опрессовок, шт.Tool life, number of pressure tests, pcs. 1-ый слой Ni+Cr, %1st layer Ni + Cr,% 2-ой слой, Cr, %2nd layer, Cr,% толщина 1-го слоя, отношение толщины слоя к общей толщине электроэр. слоевthe thickness of the 1st layer, the ratio of the thickness of the layer to the total thickness of the electroer. layers толщина 2-го слоя, отношение толщины слоя к общей толщине электроэрозион слоевthe thickness of the 2nd layer, the ratio of the thickness of the layer to the total thickness of the electrical discharge of the layers 1.one. 58+4258 + 42 100one hundred 0,350.35 0,650.65 5252 2.2. 55+4555 + 45 100one hundred 0,400.40 0,600.60 4646 3.3. 48+5248 + 52 100one hundred 0,500.50 0,500.50 4949 4.four. 62+3862 + 38 100one hundred 0,360.36 0,640.64 6262 5.5. 65+3565 + 35 100one hundred 0,350.35 0,650.65 6565 6.6. 70+3070 + 30 100one hundred 0,350.35 0,650.65 6363 7.7. 50+5050 + 50 100one hundred 0,370.37 0,630.63 4949 8.8. 48+5248 + 52 100one hundred 0,340.34 0,660.66 4343 9.9. 45+5545 + 55 100one hundred 0,360.36 0,640.64 4545 10.10. 46+5446 + 54 100one hundred 0,600.60 0,400.40 4848

Claims

1. The deformation tool with a multilayer coating containing a tool base of hard alloy and applied to it a hardening wear-resistant coating of alloys and metals, characterized in that the hardening coating is made in the form of two electroerosive layers having different hardness, and an electrode is used to form the first layer from an alloy containing, wt.%: nickel 60-70, chromium 30-40, and chromium is used as the electrode material to form a second layer, in addition, a vibrating electrode is blown by a cooler eat.

2. The tool according to claim 1, characterized in that as the cooler using compressed air or neutral gas.

3. The tool according to claim 1, characterized in that the formation of the first layer is carried out until the thickness of the applied coating is achieved within 0.35-0.65 of the total thickness of the erosion coating.