RU89108U1

RU89108U1 - MULTI-LAYER CUTTING TOOL

Info

Publication number: RU89108U1
Application number: RU2009128463/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Табаков; Владимир Александрович Китаев; Алексей Леонидович Хохлов; Алексей Валерьевич Чихранов
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2009-11-27

Abstract

Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют нитрид или карбонитрид соединения титана и циркония при их соотношении, мас.%: титан 89,0-92,0, цирконий 8,0-11,0; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 84,0-90,0, цирконий 4,0-6,0, ниобий 6,0-10,0; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 74,0-82,0, цирконий 12,0-16,0, ниобий 6,0-10,0.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 titanium and zirconium compounds nitride or carbonitride are used as the lower layer at their ratio, wt.%: Titanium 89.0-92.0 zirconium 8.0-11.0; as an intermediate, nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium and niobium at their ratio, wt.%: titanium 84.0-90.0, zirconium 4.0-6.0, niobium 6.0-10.0; as the top, nitride or carbonitride of the titanium, zirconium and niobium compounds at their ratio, wt.%: titanium 74.0-82.0, zirconium 12.0-16.0, niobium 6.0-10.0.

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 (РИ) с износостойким ионно-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 (RI) 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 nitrides and titanium 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, 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 a known coated cutting tool include the fact that in the known coated cutting tool, the applied coating has relatively low hardness, 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 the 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 и нанесенное на нее многослойное ионно-плазменное износостойкое покрытие, состоящее из нижнего слоя нитрида соединения титана и циркония TiZrN и верхнего слоя нитрида соединения титана, циркония и хрома TiZrCrN (Патент на полезную модель RU 59627 U1), принятый за прототип.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 tool base and a multilayer ion-plasma wear-resistant coating, consisting of a lower layer of titanium and zirconium compound TiZrN nitride and an upper layer a nitride compound of titanium, zirconium and chromium TiZrCrN (Utility Model Patent RU 59627 U1), 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 обладает недостаточной твердостью, а, следовательно, 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 coated cutting tool adopted as a prototype, the multilayer coating in the known RI coated has insufficient hardness and, therefore, 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 нитрид или карбонитрид соединения титана и циркония при их соотношении, мас.%: титан 89,0-92,0, цирконий 8,0-11,0; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 84,0-90,0, цирконий 4,0-6,0, ниобий 6,0-10,0; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 74,0-82,0, цирконий 12,0-16,0, ниобий 6,0-10,0.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in the known cutting tool with a coating, the titanium and zirconium compounds nitride or carbonitride are used as the lower coating layer at their ratio, wt.%: Titanium 89.0-92.0, zirconium 8, 0-11.0; as an intermediate, nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium and niobium at their ratio, wt.%: titanium 84.0-90.0, zirconium 4.0-6.0, niobium 6.0-10.0; as the top, nitride or carbonitride of the titanium, zirconium and niobium compounds at their ratio, wt.%: titanium 74.0-82.0, zirconium 12.0-16.0, niobium 6.0-10.0.

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 установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с износостойким покрытием, изложенных в формуле полезной модели.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, 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 characteristics of the analogue, allowed to establish a set of essential in relation to perceived by the applicant to the technical result of the distinguishing features in the claimed cutting tool with a wear-resistant coating, set out in the formula of the utility model.

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 нитрид или карбонитрид соединения титана и циркония при их соотношении, мас.%: титан 89,0-92,0, цирконий 8,0-11,0; промежуточного слоя 3, содержащего нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 84,0-90,0, цирконий 4,0-6,0, ниобий 6,0-10,0; верхнего слоя 4, содержащего нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 74,0-82,0, цирконий 12,0-16,0, ниобий 6,0-10,0.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 nitride or carbonitride of a titanium and zirconium compound at their ratio, wt.%: Titanium 89.0-92.0, zirconium 8.0- 11.0; the intermediate layer 3 containing a nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium and niobium in their ratio, wt.%: titanium 84.0-90.0, zirconium 4.0-6.0, niobium 6.0-10.0; the upper layer 4 containing nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium and niobium in their ratio, wt.%: titanium 74.0-82.0, zirconium 12.0-16.0, niobium 6.0-10.0.

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 катодами, материалы которых включают элементы покрытия. Нанесение покрытия на основе нитрида осуществляли в среде азота, на основе карбонитрида - в смеси азота и ацетилена.The coatings were applied by the CIB method (condensation from the plasma phase in vacuum with ion bombardment). Non-milling plates preliminarily cleaned of contaminants made of MK8 hard alloy were placed in the chamber of the Bulat-6T installation with cathodes installed in it, the materials of which include coating elements. The nitride-based coating was carried out in a nitrogen medium, and the carbonitride-based coating was carried out in a mixture of nitrogen and acetylene.

Толщина покрытия составляла 6 мкм. При этом толщина каждого слоя трехслойного покрытия составляла 2 мкм.The coating thickness was 6 μm. The thickness of each layer of the three-layer coating was 2 μm.

Микротвердость покрытий определяли на микротвердомере «ПМТ-3».The microhardness of the coatings was determined on a PMT-3 microhardness tester.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали 30ХГСА на токарном станке 16K20. Режимы резания: скорость резания V=180 м/мин, подача S=0,15 мм/об, глубина резания t=0,5 мм, обработка производилась без применения СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности: h₃=0,4 мм.Durable tests of the cutting tool were carried out with the longitudinal turning of blanks 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 performed without the use of coolant. For the criterion of wear was taken the value of the chamfer of wear on the rear surface: h ₃ = 0.4 mm

В табл.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 Материал покрытияCoating material Химический состав слоев покрытия (соотношение металлических компонентов), % мас.The chemical composition of the coating layers (ratio of metal components),% wt. Микротвердость, ГПаMicrohardness, GPa Стойкость, минResistance, min ПримечаниеNote 1 слой1 layer 2 слой2 layer 3 слой3 layer TiTi ZrZr TiTi NbNb ZrZr TiTi NbNb ZrZr TiNTiN -- 29,229.2 4545 АналогAnalogue TiZrN-TiZrCrNTiZrN-TiZrCrN 90,590.5 9,59.5 -- 7676 10∗10 ∗ 14fourteen 38,138.1 142142 ПрототипPrototype TiZrN-TiZrNbN-TiZrNbNTiZrN-TiZrNbN-TiZrNbN 9292 88 8888 88 4four 8080 88 1212 38,538.5 176176 90,590.5 9,59.5 8989 66 55 8080 66 14fourteen 38,838.8 192192 90,590.5 9,59.5 8787 88 55 7878 88 14fourteen 39,039.0 202202 90,590.5 9,59.5 8585 1010 55 7676 1010 14fourteen 38,738.7 196196 8989 11eleven 8686 88 66 7676 88 1616 38,338.3 179179 TiZrCN-TiZrNbCN-TiZrNbCNTiZrCN-TiZrNbCN-TiZrNbCN 9292 88 8888 88 4four 8080 88 1212 43,343.3 207207 90,590.5 9,59.5 8989 66 55 8080 66 14fourteen 44,944.9 221221 90,590.5 9,59.5 8787 88 55 7878 88 14fourteen 45,845.8 230230 90,590.5 9,59.5 8585 1010 55 7676 1010 14fourteen 44,744.7 222222 8989 11eleven 8686 88 66 7676 88 1616 43,843.8 208208 Прим.: ∗ - содержание хрома, % мас.Note: ∗ - chromium content,% wt.

Как видно из приведенных в табл.1 данных, стойкость пластин с предложенными многослойными покрытиями повышается в 1,3-1,6 раза по сравнению с инструментом с покрытием-прототипом.As can be seen from the data in table 1, the resistance of the plates with the proposed multilayer coatings increases by 1.3-1.6 times compared with the tool with the 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

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 titanium and zirconium compounds nitride or carbonitride are used as the lower layer at their ratio, wt.%: Titanium 89.0-92.0 zirconium 8.0-11.0; as an intermediate, nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium and niobium at their ratio, wt.%: titanium 84.0-90.0, zirconium 4.0-6.0, niobium 6.0-10.0; as the top, nitride or carbonitride of the titanium, zirconium and niobium compounds at their ratio, wt.%: titanium 74.0-82.0, zirconium 12.0-16.0, niobium 6.0-10.0.