RU27090U1 - Износостойкое покрытие - Google Patents

Abstract

Износостойкое покрытие, содержащее два слоя, отличающееся тем, что верхний слой состоит из сложного нитрида титана и алюминия ((Ti, Al)N), а нижний слой - из нитрида титана (TiN).

Description

ИЗНОСОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к обработке металлов резанием и может быть использована на операциях точения заготовок из различных материалов.

Известны износостойкие покрытия на режущий инструмент (РИ) из нитрида титана (TiN) или сложного нитрида титана и алюминия ((Ti,AI)N), наносимые на рабочие поверхности инструмента методом физического осаждения покрытий (ФОП) (см. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 122 с.). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании данных покрытий является либо недостаточная адгезия материала покрытия и инструментальной основы, либо недостаточная микротвердость покрытия, либо низкая стойкость при температурных колебаниях. В результате этого покрытие либо быстро скалывается с поверхности инструмента, либо легко подвергается абразивному износу, либо в нем быстро зарождаются и распространяются трещины, приводящие к разрушению покрытия, что снижает стойкость РИ с покрытием.

Наиболее близким износостойким покрытием того же назначения к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является двухслойное покрытие, внутренний слой которого состоит из TiCN, а

наружный слой из TiN, наносимое методом химического осаждения

покрытий (ХОП) (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.ЗОО), принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного износостойкого покрытия, принятого за прототип, относится то, что в известном покрыМПК С23С14/00

тип верхний слой (TIN) обладает относительно низкой микротвердостью, а нижний (TiCN) недостаточной адгезией с инструментальной матрицей. Кроме того, большая разница между остаточными напряжениями в покрытии и инструментальной основе, что является причиной преждевременного скалывания покрытия с рабочих поверхностей инструмента. В результате покрытие плохо сопротивляется абразивному износу, что приводит к разрушению покрытия и снижению стойкости РИ.

Повышение в последнее время стоимости металлорежущего инструмента и ужесточение требований к точности обрабатываемых деталей сделало еще более актуальной проблему повышения стойкости РИ. Одним из путей повышения стойкости и работоспособности РИ с покрытием является нанесение покрытий многослойного типа. Наличие в покрытии слоев с определенными теплофизическими и механическими свойствами позволяет тормозить процессы разрушения покрытия без снижения микротвердости, улучшить термонапряженное состояние РИ с покрытием и повысить стойкость РИ.

Технический результат - повышение работоспособности РИ и качества обработки.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что износостойкое покрытие является многослойным. Особенность заявляемой полезной модели заключается в том, что верхний слой состоит из (Ti,AI)N, обеспечивающего высокую микротвердость и диффузионную стойкость многослойной композиции, а нижний слой - TIN, который является более мягким, имеет более низкий уровень остаточных напряжений сжатия по сравнению с (Ti,AI)N и обладает хорошей адгезией с инструментальным материалом.

Заявляемая полезная модель содержит износостойкое покрытие 1, наносимое на режущий инструмент 2, состоящее из двух слоев. Нижний слой 3 состоит из TiN, а верхний слой 4 - из (Ti,AI)N.

Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе непрерывного резания, каковым является точение, инструмент в большей степени подвергается абразивному и диффузионному износу. При этом зона резания характеризуется постоянной высокой температурой. Поэтому покрытие 1, наносимое на РИ 2 должно обеспечивать высокую твердость и сохранять ее при высоких температурах. Кроме того, покрытие должно препятствовать диффузии атомов обрабатываемого материала и не скалываться с рабочих поверхностей РИ. Вследствие этого верхний слой покрытия 4 должен обладать как можно большей микротвердостью и хорошей диффузионной стойкостью, а нижний слой 3 - наилучшей адгезией с инструментальным материалом и материалом верхнего слоя. Механические свойства однослойных покрытий приведены в табл. 1.

Механические свойства однослойных покрытий

1. Инструментальный материал - ВК6.

Для экспериментальной проверки заявленной полезной модели было нанесено покрытие-прототип с соотношением слоев, указанным в известном износостойком покрытии, а также предлагаемое двухТаблица 1

слойное покрытие. Покрытия наносили на твердосплавные пластины в вакуумной камере установки «Булат - 6Т, снабженной тремя вакуумно-дуговыми испарителями, расположенными горизонтально в одной плоскости. В качестве катодов испаряемого металла использовали титановый сплав ВТ1-0.

Пластины с покрытиями, отличающимися от указанных в формуле полезной модели, показали более низкие результаты. Нанесение в качестве верхнего слоя материала с большей твердостью приводило к росту градиента остаточных напряжений сжатия в покрытии, тем самым снижалась адгезия верхнего и внутреннего слоев между собой и с инструментальной основой, покрытие быстрее разрушалось в процессе резания. Уменьшение твердости верхнего слоя приводило к увеличению абразивного износа покрытия, и, как следствие, снижению стойкости инструмента.

Как видно из приведенных в табл. 2 данных, стойкость пластин, с предлагаемым покрытием, выше износостойкости пластин, с покрытием-прототипом в 1,5 - 1,7 раз. Таким образом, предлагаемое покрытие позволяет повысить износостойкость инструментов и сократить расход инструментальных материалов, что повышает эффекгивность применения инструмента с покрытиями.

Результаты испытаний РИ с покрытием

Таблица 2

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного износостойкого покрытия на РИ следующей совокупности условий:

-Износостойкое покрытие, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно, в металлообработке на операциях точения;

-для заявленного износостойкого покрытия в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью известных до даты приоритета средств и методов;

-износостойкое покрытие, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость.

ujimiif

Claims (1)

1. Износостойкое покрытие, содержащее два слоя, отличающееся тем, что верхний слой состоит из сложного нитрида титана и алюминия ((Ti, Al)N), а нижний слой - из нитрида титана (TiN).