RU107987U1 - CUTTING PLATE - Google Patents

Abstract

Режущая пластина, содержащая основу из твердого сплава и нанесенное на нее покрытие, включающее слои: карбид титана, карбонитрид титана, верхний слой из наноструктурного нитрида титана, мягкий слой хрома, отличающаяся тем, что мягкий слой хрома расположен между верхним слоем из наноструктурного нитрида титана и слоем из карбонитрида титана. A cutting insert containing a carbide base and a coating thereon comprising layers: titanium carbide, titanium carbonitride, an upper layer of nanostructured titanium nitride, a soft layer of chromium, characterized in that the soft layer of chromium is located between the upper layer of nanostructured titanium nitride and a layer of titanium carbonitride.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к металлообработке, а именно к металлорежущему инструменту, который содержит режущую пластину из спеченного твердого сплава с износостойким покрытием.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular, to metalworking, namely to a metal-cutting tool, which contains a cutting plate of sintered hard alloy with a wear-resistant coating.

Известны режущие пластины с многослойными покрытиями из тугоплавких соединений (Верещака А.С. Работоспособность инструмента с износостойким покрытием. М.: Машиностроение, 1993. - 336 с.), в частности двухслойное покрытие TiC+Ti(CN), т.е. из карбидов титана и карбонитридов титана, а также износостойкое покрытие, содержащее два слоя: верхний - из карбонитрида титана TiCN, а нижний - из нитрида титана TiN. Такие покрытия позволяют повысить работоспособность режущей пластины до 2…3 раз при обработке конструкционных сталей, чугунов и некоторых труднообрабатываемых материалов. Такие покрытия наносят осаждением из газовой фазы толщиной 5…8 мкм. Считается, что недостатком такого метода осаждения износостойкого покрытия является образование между подложкой и нижним слоем покрытия из TiC хрупкой h-фазы, что способствует отслаиванию покрытия и снижению износостойкости режущих пластин.Known cutting inserts with multilayer coatings of refractory compounds (Vereshchak A.S. Serviceability of the tool with a wear-resistant coating. M .: Mechanical Engineering, 1993. - 336 S.), in particular a two-layer coating TiC + Ti (CN), i.e. from titanium carbides and titanium carbonitrides, as well as a wear-resistant coating containing two layers: the upper one is made of titanium carbonitride TiCN, and the lower one is made of titanium nitride TiN. Such coatings can increase the efficiency of the cutting insert up to 2 ... 3 times when machining structural steels, cast irons and some difficult to process materials. Such coatings are applied by vapor deposition with a thickness of 5 ... 8 microns. It is believed that the disadvantage of this method of deposition of a wear-resistant coating is the formation of a brittle h-phase between the substrate and the lower coating layer of TiC, which contributes to the peeling of the coating and lower wear resistance of the cutting inserts.

Известен режущий инструмент (патент РФ на полезную модель №97084, В27G 15/00, С23С 14/32, опубл. 27.08.2010), содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионоплазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении масс.%: титан 78-86,0, хром 4,0-6,0, цирконий 12,0-16,0; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении масс.%: титан 73,0-81,0, хром 9,0-11,0, цирконий 12,0-16,0; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид соединения титана и хрома при их соотношении масс.%: титан 91,5-93,5, хром 6,5-8,5.Known cutting tool (RF patent for utility model No. 97084, B27G 15/00, C23C 14/32, publ. 08/27/2010) containing a tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, the nitride or carbonitride being used as the lower layer compounds of titanium, chromium and zirconium with a ratio of wt.%: titanium 78-86.0, chromium 4.0-6.0, zirconium 12.0-16.0; as an intermediate, nitride or carbonitride of a compound of titanium, chromium and zirconium with their ratio of wt.%: titanium 73.0-81.0, chromium 9.0-11.0, zirconium 12.0-16.0; as the upper one, nitride or carbonitride of a titanium and chromium compound with their ratio by mass%: titanium 91.5-93.5, chromium 6.5-8.5.

Однако выполнение такого покрытия трудоемко и едва ли осуществимо практически.However, the implementation of such a coating is time-consuming and hardly practicable.

В качестве прототипа принята режущая пластина, содержащая инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее покрытие, включающее слои: карбида титана, карбонитрида титана, мягкий слой хрома и верхний слой из наноструктурного нитрида титана (сб. Нанотехнологии функциональных материалов. Труды международной научно-технической конференции А.О.Волховскиий, И.В.Блинков, В.Н.Аникин, В.И.Бузанов, В.С.Челноков. Влияние наноструктурного финишного слоя TiN в комбинированных PVD/CVD/PVD покрытиях на свойства режущего твердосплавного инструмента, с.343-357).As a prototype, a cutting insert was used containing a hard alloy tool base and a coating deposited on it, including layers: titanium carbide, titanium carbonitride, a soft layer of chromium, and a top layer of nanostructured titanium nitride (collection of nanotechnologies of functional materials. Proceedings of the international scientific and technical conferences A.O. Volkhovsky, I.V. Blinkov, V.N. Anikin, V.I. Buzanov, V.S. Chelnokov.The effect of the nanostructured TiN finish layer in combined PVD / CVD / PVD coatings on the properties of carbide cutting tools NTA, s.343-357).

Расположение слоев покрытия следующее: нижний слой - хром, затем карбид титана, карбонитрид титана, и верхний (финишный слой) - из наноструктурного нитрида титана.The arrangement of the coating layers is as follows: the lower layer is chromium, then titanium carbide, titanium carbonitride, and the upper (finish) layer is made of nanostructured titanium nitride.

Данная режущая пластина позволяет повысить износостойкость в 1,5…2 раза по сравнению с режущей пластиной с покрытием карбид титана-карбонитрид титана.This cutting insert allows you to increase the wear resistance by 1.5 ... 2 times compared with a cutting plate coated with titanium carbide-titanium carbonitride.

Этот результат связан как с отсутствием хрупкой h-фазы, так и с формированием верхнего слоя из наноструктурного слоя нитрида титана, в котором размер кристаллитов (зерен) составляет порядка 30…50 нанометров. Однако недостатком такого вида режущей пластины является низкий прирост износостойкости. Это связано с тем, что, как показало наше исследование, разрушение покрытия путем его растрескивания начинается с верхних слоев и трещины прорастают в подложку, т.е. влияние h-фазы не существенно. При этом образуется сетка микротрещин, а отрыв частиц покрытия происходит из-за адгезии с обрабатываемым металлом. При отрыве частиц покрытия обнажается основа (подложка) из твердого сплава. Поэтому необходимо повышать, прежде всего, трещиностойкость верхних слоев слоистого покрытия режущей пластины, которые растрескиваются с самого начала резания.This result is connected both with the absence of a brittle h-phase and with the formation of the upper layer from the nanostructured titanium nitride layer, in which the size of crystallites (grains) is about 30 ... 50 nanometers. However, the disadvantage of this type of insert is the low increase in wear resistance. This is due to the fact that, as our study showed, the destruction of the coating by cracking begins with the upper layers and cracks grow into the substrate, i.e. the effect of the h phase is not significant. In this case, a network of microcracks is formed, and the detachment of coating particles occurs due to adhesion with the metal being treated. Upon separation of the coating particles, a base (substrate) of hard alloy is exposed. Therefore, it is necessary, first of all, to increase the crack resistance of the upper layers of the laminate of the cutting insert, which crack from the very beginning of cutting.

Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.This disadvantage is eliminated by the proposed solution.

Решаемая задача - совершенствование режущих пластин с покрытием.The task at hand is the improvement of coated inserts.

Технический результат - повышение износостойкости режущих пластин.EFFECT: increased wear resistance of cutting inserts.

Этот технический результат достигается тем, что в режущей пластине, содержащей основу из твердого сплава и нанесенное на нее покрытие, включающее слои: карбида титана, карбонитрида титана, мягкий слой хрома и верхний слой из наноструктурного нитрида титана, мягкий слой хрома расположен между верхним слоем из наноструктурного нитрида титана и слоем из карбонитрида титана.This technical result is achieved in that in a cutting insert containing a hard alloy base and a coating deposited on it, including layers: titanium carbide, titanium carbonitride, a soft layer of chromium and an upper layer of nanostructured titanium nitride, a soft layer of chromium is located between the upper layer of nanostructured titanium nitride and a layer of titanium carbonitride.

Повышение трещиностойкости верхнего наружного наноструктурного слоя достигается путем предварительного осаждения слоя из чистого хрома на слой из карбонитрида титана, при этом мягкий слой как залечивает его поверхностные дефекты, так и тормозит распространение трещин из верхнего слоя наноструктурного нитрида титана в основу, что повышает его трещиностойкость, а следовательно, и износостойкость режущей пластины за счет уменьшения отрыва частиц покрытия. Данный эффект особенно является значительным при прерывистом резании и обработке на высоких скоростях резания.An increase in the crack resistance of the upper outer nanostructured layer is achieved by preliminary deposition of a pure chromium layer on a titanium carbonitride layer, while the soft layer heals its surface defects and inhibits the propagation of cracks from the upper layer of nanostructured titanium nitride to the base, which increases its crack resistance, and therefore, the wear resistance of the insert due to the reduction of separation of the coating particles. This effect is especially significant with intermittent cutting and processing at high cutting speeds.

Предлагаемая режущая пластина приведена на чертеже.The proposed cutting insert is shown in the drawing.

Она содержит основу 1 из твердого сплава, на которую нанесены слой 2 из карбида титана, слой 3 из карбонитрида титана, слой 4 из хрома и слой 5 из наноструктурного нитрида титана.It contains a carbide base 1, on which a layer 2 of titanium carbide, a layer 3 of titanium carbonitride, a layer 4 of chromium and a layer 5 of nanostructured titanium nitride are applied.

Пример реализации режущей пластины.An example implementation of a cutting insert.

Изготавливали режущие пластины, где на основу (подложку) из твердого сплава ТТ10К8Б методом CVD (газофазным) осаждали слоистые покрытия карбида титана и карбонитрида титана по 2 мкм, а затем методом КИБ (ионной бомбардировки) осаждали мягкий слой из хрома толщиной 1 мкм и испаряли катод из титана в среде азота, получали покрытие - наноструктурный слой из нитрида титана толщиной 1 мкм с размером зерен порядка 30…50 нанометров. Осуществляли прерывистое точение закаленной стали 40Х, режим резания: скорость резания V=90 м/мин, глубина резания t=2 мм, подача - S=0,21 мм/об. Определяли Т-время резания при достижении износа режущей пластины по задней поверхности h₃=0,4 мм. Испытаниям подвергали предлагаемые четырехгранные режущие пластины и режущие пластины по прототипу. Результаты испытаний приведены в таблице.Cutting inserts were made, where layered coatings of titanium carbide and titanium carbonitride of 2 μm each were deposited onto a base (substrate) from a TT10K8B hard alloy by CVD (gas-phase) method, and then a soft layer of chromium 1 μm thick was deposited by the KIB method (ion bombardment) and the cathode was evaporated from titanium in a nitrogen medium, a coating was obtained - a nanostructured layer of titanium nitride 1 μm thick with a grain size of about 30 ... 50 nanometers. Intermittent turning of hardened steel 40X was carried out, cutting mode: cutting speed V = 90 m / min, cutting depth t = 2 mm, feed - S = 0.21 mm / rev. The cutting T-time was determined when the wear of the cutting insert on the rear surface h ₃ = 0.4 mm was achieved. Tests were subjected to the proposed tetrahedral cutting inserts and cutting inserts of the prototype. The test results are shown in the table.

Вид пластинType of plates Предлагаемая режущая пластина (ТТ10K8Б-TiC-Ti(CN)-Cr-TiN)Suggested insert (TT10K8B-TiC-Ti (CN) -Cr-TiN) Прототип (ТТ10К8Б-Сr-ТiС-Ti(CN)-TiN)Prototype (TT10K8B-Cr-TiC-Ti (CN) -TiN) Время резания до износа h₃=0,4 мм, в минCutting time to wear h ₃ = 0.4 mm, in min 1616 88

По результатам испытаний режущих пластин, приведенных в таблице, видно, что предлагаемая режущая пластина обеспечивает повышение износостойкости до 2 раз.According to the test results of the cutting inserts shown in the table, it can be seen that the proposed cutting insert provides an increase in wear resistance up to 2 times.

Преимущество предлагаемой режущей пластины обеспечивается тем, что, во-первых, слой из чистого хрома тормозит процесс трещинообразования наружного наноструктурного покрытия, а во-вторых, он залечивает дефекты слоя карбонитрида титана, что препятствует распространению трещин к подложке. Это обеспечивает повышение износостойкости режущей пластины за счет уменьшения отрыва частиц покрытия. Кроме того, повышается технологичность изготовления режущей пластины, т.к. в прототипе предусматривается дважды помещение пластин в установку для осаждения методом PVD вначале для осаждения мягкого слоя, а затем наружного наноструктурного слоя.The advantage of the proposed insert is provided by the fact that, firstly, the pure chromium layer inhibits the cracking process of the outer nanostructured coating, and secondly, it heals the defects of the titanium carbonitride layer, which prevents the propagation of cracks to the substrate. This provides increased wear resistance of the insert by reducing the separation of coating particles. In addition, increases the manufacturability of the manufacture of the cutting insert, because the prototype provides for the double placement of the plates in the installation for deposition by PVD method first to deposit a soft layer, and then the outer nanostructured layer.

Claims (1)

Режущая пластина, содержащая основу из твердого сплава и нанесенное на нее покрытие, включающее слои: карбид титана, карбонитрид титана, верхний слой из наноструктурного нитрида титана, мягкий слой хрома, отличающаяся тем, что мягкий слой хрома расположен между верхним слоем из наноструктурного нитрида титана и слоем из карбонитрида титана.

A cutting insert containing a carbide base and a coating thereon comprising layers: titanium carbide, titanium carbonitride, an upper layer of nanostructured titanium nitride, a soft layer of chromium, characterized in that the soft layer of chromium is located between the upper layer of nanostructured titanium nitride and a layer of titanium carbonitride.