RU75197U1

RU75197U1 - MULTI-LAYER-CUTTING TOOL

Info

Publication number: RU75197U1
Application number: RU2008110013/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Табаков; Алексей Валерьевич Циркин; Дмитрий Сергеевич Сергунин
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2008-07-27

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.The utility model relates to the field of coating, in particular to coating by evaporation and condensation in vacuum, and is intended to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool in tool production.

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

Предлагается режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее двухслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, отличающийся тем, что покрытие состоит из нижнего слоя нитрида или карбонитрида соединения титана, кремния, циркония и алюминия и верхнего слоя нитрида или карбонитрида соединения титана, кремния и циркония, 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.A cutting tool with a multilayer coating is proposed, 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 nitride or carbonitride of a compound of titanium, silicon, zirconium and aluminum and an upper layer of nitride or carbonitride compounds of titanium, silicon and zirconium, moreover, for coatings up to 5 microns thick inclusively, the thickness of the lower layer is 40-50% of the total thickness, and for coatings 5-9 microns thick the lower its 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 GT method is that the application process is carried out at temperatures that do not allow hardening tools made of high speed steel; 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 according to 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.a titanium nitride and zirconium TiZrN layer and a lower titanium nitride TiN layer (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. - S.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.

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 или карбонитрид титана, кремния и циркония, обладающий высокими микротвердостью и остаточными сжимающими напряжениями. В качестве нижнего слоя используется четырех компонентный нитрид или карбонитрид титана, кремния, циркония и алюминия. 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 or carbonitride of titanium, silicon and zirconium, which has high microhardness and residual compressive stresses. As the lower layer, four component nitride or carbonitride of titanium, silicon, zirconium and aluminum is used. The adhesion of the layers is enhanced by the fact that the layers have a high chemical affinity, including for the most part the same 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 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

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 изобретения.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 prototype analogues as the closest analogue in the totality of features, made it possible to establish a set of distinctive technical results distinctive to the applicant features in 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 или карбонитрида соединения титана, кремния, циркония и алюминия и верхний слой 2 нитрида или карбонитрида соединения титана, кремния и циркония. 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 nitride or carbonitride of a titanium, silicon, zirconium and aluminum compound and an upper layer 2 of a nitride or carbonitride of a compound of titanium, silicon and zirconium 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.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.

Стойкостные 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 Durable 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. Treatment

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 стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с разработанными многослойными покрытиями к стойкости инструмента с покрытием прототипом.made 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 value of the coefficient of increase in resistance, defined as the ratio of the tool life with developed multilayer coatings to the tool life with a prototype coating.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием TiSiZrN(CN)-TiSiZrAlN(CN) в 3,0-3,5 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием-прототипом.The resistance of the cutting tool with a multilayer coating TiSiZrN (CN) -TiSiZrAlN (CN) is 3.0-3.5 times higher compared to the tool with a coating prototype.

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 of the following combination of conditions when using the claimed cutting tool with a multilayer coating:

- 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 as 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 nitride or carbonitride of a compound of titanium, silicon, zirconium and aluminum and an upper layer of nitride or carbonitride compounds of titanium, silicon and zirconium.

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.