RU178165U1 - Cutting insert - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к металлообработке, а именно к металлорежущему инструменту. Режущая пластина с износостойким многослойным покрытием содержит основу из твердого сплава и покрытие, включающее нижние два слоя, слой из циркония толщиной 1 мкм и верхний наружный слой из наноструктурного нитрида циркония с размером зерен 30-50 нм толщиной 1-1,5 мкм. Два нижних слоя покрытия выполнены в виде слоя нитрида титана толщиной 2,5 мкм и расположенного на нем слоя из нитрида молибдена толщиной 2,5 мкм. Обеспечивается повышение износостойкости режущей пластины. 1 ил., 1 табл., 1 пр.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to metalworking, namely to metal-cutting tools. A wear plate with a wear-resistant multilayer coating contains a hard alloy base and a coating comprising the lower two layers, a 1-μm-thick zirconium layer and an upper outer layer of zirconium nanostructure with a grain size of 30-50 nm, 1-1.5 μm thick. The two lower layers of the coating are made in the form of a layer of titanium nitride 2.5 μm thick and a layer of molybdenum nitride 2.5 μm thick located on it. EFFECT: increased wear resistance of the cutting insert. 1 ill., 1 tablet, 1 ave.

Description

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

Для повышения износостойкости режущая пластина, содержащая нанесенное на нее многослойное покрытие, включает слои: нитрид титана, нитрид молибдена, верхний слой из наноструктурного нитрида циркония и мягкий слой из циркония между ним и нитридом молибдена.To increase wear resistance, a cutting insert containing a multilayer coating applied to it includes layers: titanium nitride, molybdenum nitride, an upper layer of nanostructured zirconium nitride and a soft layer of zirconium between it and molybdenum nitride.

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к металлообработке.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular, to metalworking.

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. Покрытие позволяет повысить работоспособность режущей пластины до 2…3 раз при обработке конструкционных сталей, чугунов. Такие покрытия наносят осаждением из газовой фазы толщиной 5…6 мкм.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 p.), In particular a two-layer coating TiC + Ti (CN), i.e. from titanium carbides and titanium carbonitrides. The coating allows you to increase the efficiency of the cutting plate up to 2 ... 3 times when machining structural steels, cast irons. Such coatings are applied by vapor deposition with a thickness of 5 ... 6 microns.

Известна режущая пластина, где осаждение покрытия проводят как газофазным методом (CVD), так и физическим методом (PVD), в частности конденсацией с ионной бомбардировкой частицами из тугоплавких металлов (метод КИБ). Предложена режущая пластина с покрытием Cr-TiC-Ti(CN)-TiN. Мягкий слой, из хрома осаждается методом КИБ, верхний слой из нитрида титана (TiN) также осаждают методом КИБ с зернами порядка - 30 нанометров, т.е. является наноструктурным (см. О.В. Волхонский, Н.В. Блинков и др. Влияние наноструктурного финишного слоя TiN в комбинированных PVD/CVD/PVD покрытиях на свойства режущего инструмента/ Труды международной научно-технической конференции <Нанотехнологии функциональных материалов>, С. Петербург, 2010).A known insert, where the deposition of the coating is carried out both by gas-phase method (CVD) and physical method (PVD), in particular by condensation with ion bombardment by particles of refractory metals (CIB method). A Cr-TiC-Ti (CN) -TiN coated insert is proposed. A soft layer of chromium is deposited by the CIB method, the upper layer of titanium nitride (TiN) is also deposited by the CIB method with grains of the order of 30 nanometers, i.e. is nanostructured (see OV Volkhonsky, N.V. Blinkov et al. Effect of a nanostructured TiN finish layer in combined PVD / CVD / PVD coatings on the properties of a cutting tool / Proceedings of the international scientific and technical conference <Functional Materials Nanotechnology>, С . Petersburg, 2010).

Данная режущая пластина с покрытием Cr-TiC-Ti(CN)-TiN позволяет повысить износостойкость в 1,5…2 раза по сравнению с режущей пластиной с покрытием TiC-Ti(CN).This cutting insert with a coating of Cr-TiC-Ti (CN) -TiN allows you to increase the wear resistance by 1.5 ... 2 times compared with a cutting insert with a coating of TiC-Ti (CN).

Недостатком такого вида режущей пластины является низкий прирост износостойкости. Это связано с тем, что, как показало наше исследование, разрушение покрытия происходит путем его растрескивания, начинается с верхних слоев и трещины прорастают в подложку. 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 покрытия режущей пластины, которые растрескиваются с самого начала резания.The disadvantage of this type of cutting insert is the low increase in wear resistance. This is due to the fact that, as our study has shown, the destruction of the coating occurs by cracking it, begins with the upper layers and cracks grow into the substrate. 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 to increase, first of all, the crack resistance of the upper layers of the coating of the cutting insert, which crack from the very beginning of cutting.

В качестве прототипа взята режущая пластина (патент RU 112657 U1), содержащая основу из твердого сплава и нанесенное на нее покрытие, включающее слои: карбид титана, карбонитрид титана, верхний слой наноструктурного нитрида циркония и мягкий слой из циркония между ним и карбонитридом титана.As a prototype, a cutting plate (patent RU 112657 U1) was taken, which contains a carbide base and a coating on it, including layers: titanium carbide, titanium carbonitride, an upper layer of nanostructured zirconium nitride and a soft layer of zirconium between it and titanium carbonitride.

Данная режущая пластина позволяет повысить износостойкость по сравнению с вышеописанной режущей пластиной до 2 раз при обработке конструкционных и закаленных сталей. Однако недостатком такого вида пластин является низкая износостойкость при обработке нержавеющих и коррозионно-устойчивых сталей и сплавов. Дело в том, что при их резании наблюдаются более высокие температуры, чем при обработке конструкционных сталей. Кроме того, возникает необходимость смены реагента, т.е. углекислого газа на азот, что снижает производительность процесса напыления.This cutting insert allows you to increase the wear resistance compared to the above cutting insert up to 2 times when machining structural and hardened steels. However, the disadvantage of this type of plates is low wear resistance in the processing of stainless and corrosion-resistant steels and alloys. The fact is that when they are cut, higher temperatures are observed than when machining structural steels. In addition, there is a need to change the reagent, i.e. carbon dioxide to nitrogen, which reduces the performance of the spraying process.

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

Решаемая задача - совершенствование режущих пластин с покрытием с целью повышения их износостойкости.The problem to be solved is the improvement of coated inserts in order to increase their wear resistance.

Технический результат - повышение износостойкости режущих пластин обеспечивается путем использования мягкого слоя и верхнего слоя покрытия из более жаропрочных материалов.EFFECT: increased wear resistance of cutting inserts is ensured by using a soft layer and an upper coating layer of more heat-resistant materials.

Этот технический результат достигается тем, что в режущей пластине с износостойким многослойным покрытием, содержащей основу из твердого сплава и покрытие, включающее нижние два слоя, слой из циркония толщиной 1 мкм и верхний наружный слой из наноструктурного нитрида циркония с размером зерен 30-50 нм толщиной 1-1,5 мкм, два нижних слоя покрытия выполнены в виде слоя нитрида титана толщиной 2,5 мкм и расположенного на нем слоя из нитрида молибдена толщиной 2,5 мкм.This technical result is achieved in that in a cutting insert with a wear-resistant multilayer coating containing a hard alloy base and a coating comprising the lower two layers, a zirconium layer 1 μm thick and an upper outer layer of nanostructured zirconium nitride with a grain size of 30-50 nm thick 1-1.5 μm, the two lower layers of the coating are made in the form of a layer of titanium nitride 2.5 μm thick and a layer of molybdenum nitride 2.5 μm thick located on it.

Осаждение в качестве нижних слоев нитрида титана и нитрида молибдена, обладающих более высокой износостойкостью и трещиностойкостью, чем карбиды титана и карбонитрида титана и повышает износостойкость покрытия в целом за счет повышения прочности сцепления покрытия с основой, а, следовательно, его износостойкости и уменьшения отрыва частиц покрытия. Данный эффект особенно является значительным при резании нержавеющих и коррозионно-устойчивых сталей и сплавов.The deposition as the lower layers of titanium nitride and molybdenum nitride, which have higher wear and crack resistance than titanium carbides and titanium carbonitride, and increases the wear resistance of the coating as a whole by increasing the adhesion strength of the coating to the base, and, therefore, its wear resistance and reducing the separation of coating particles . This effect is especially significant when cutting stainless and corrosion-resistant steels and alloys.

Пример осуществления (реализации) режущей пластины (фиг. 1): 1 - ТТ10К8Б, 2 - TiN, 3 - MoN, 4 - Zr, 5 – ZrN.An example of the implementation (implementation) of the cutting insert (Fig. 1): 1 - TT10K8B, 2 - TiN, 3 - MoN, 4 - Zr, 5 - ZrN.

Режущая пластина с износостойким многослойным покрытием, содержащая основу из твердого сплава (1) и покрытие, включающее нижние два слоя, слой из циркония (4) толщиной 1 мкм и верхний наружный слой из наноструктурного нитрида циркония (5) с размером зерен 30-50 нм толщиной 1-1,5 мкм, два нижних слоя покрытия выполнены в виде слоя нитрида титана (2) толщиной 2,5 мкм и расположенного на нем слоя из нитрида молибдена (3) толщиной 2,5 мкм.A wear plate with a wear-resistant multilayer coating containing a carbide base (1) and a coating comprising the lower two layers, a zirconium layer (4) 1 μm thick and an upper outer layer of nanostructured zirconium nitride (5) with a grain size of 30-50 nm 1-1.5 microns thick, the two lower coating layers are made in the form of a titanium nitride layer (2) 2.5 microns thick and a molybdenum nitride (3) layer located on it (2.5) 2.5 microns thick.

Изготавливали режущие пластины, где на основу (подложку) из твердого сплава ТТ10К8Б методом КИБ (в установке ННВ) осаждали покрытия TiC и Ti (CN) по 2,5 мкм, а затем осаждали мягкий слой из циркония толщиной 1 мкм и испаряли катод из циркония в среде азота, формируя нитрид циркония ZrN толщиной 1-1,5 мкм с размером зерен порядка 30…50 нанометров. Осуществляли точение нержавеющей стали Х18Н9Т. Режим резания: скорость резания V=40 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 hз=0,4 мм. Испытаниям подвергали предлагаемые четырехгранные режущие пластины и режущие пластины по прототипу. Результаты испытаний приведены в таблице.Cutting inserts were made, where TiC and Ti (CN) coatings of 2.5 μm were deposited onto the base (substrate) from TT10K8B hard alloy using the KIB method (in the NVN installation), and then a soft layer of zirconium 1 μm thick was deposited and the zirconium cathode was evaporated in nitrogen, forming zirconium nitride ZrN with a thickness of 1-1.5 microns with a grain size of about 30 ... 50 nanometers. The turning of X18H9T stainless steel was carried out. Cutting mode: cutting speed V = 40 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 hz = 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.

По результатам испытаний режущих пластин, приведенных в таблице, видно, что предлагаемая режущая пластина, содержащая в нижнем слое покрытия нитрид титана и нитрид молибдена, мягкий слой из чистого циркония между ним и нитрид циркония обеспечивает повышение износостойкости свыше 2 раз.According to the test results of the cutting inserts shown in the table, it can be seen that the proposed cutting insert containing titanium nitride and molybdenum nitride in the lower coating layer, a soft layer of pure zirconium between it and zirconium nitride provides an increase in wear resistance over 2 times.

Преимущество предлагаемой режущей пластины, имеющей в нижнем слое покрытия нитрид титана и нитрид молибдена, обеспечивается тем, что повышается прочность сцепления с твердосплавной основой, уменьшается процесс трещинообразования покрытия, прорастания трещин в основу. Это обеспечивает повышение износостойкости режущей пластины за счет уменьшения отрыва частиц покрытия.The advantage of the proposed cutting insert having titanium nitride and molybdenum nitride in the lower coating layer is ensured by the fact that the adhesion to the carbide base is increased, the process of crack formation of the coating and the growth of cracks in the base are reduced. This provides increased wear resistance of the insert by reducing the separation of coating particles.

Claims (1)

Режущая пластина с износостойким многослойным покрытием, содержащая основу из твердого сплава и покрытие, включающее нижние два слоя, слой из циркония толщиной 1 мкм и верхний наружный слой из наноструктурного нитрида циркония с размером зерен 30-50 нм толщиной 1-1,5 мкм, отличающаяся тем, что два нижних слоя покрытия выполнены из слоя нитрида титана толщиной 2,5 мкм и расположенного на нем слоя нитрида молибдена толщиной 2,5 мкм.A cutting plate with a wear-resistant multilayer coating, containing a carbide base and a coating comprising the lower two layers, a zirconium layer 1 μm thick and an upper outer layer of nanostructured zirconium nitride with a grain size of 30-50 nm, a thickness of 1-1.5 μm, characterized the fact that the two lower coating layers are made of a titanium nitride layer with a thickness of 2.5 μm and a molybdenum nitride layer located on it with a thickness of 2.5 μm.

Images