RU2741728C2 - Способ механической обработки ti, ti-сплавов и сплавов на основе ni - Google Patents

Способ механической обработки ti, ti-сплавов и сплавов на основе ni Download PDF

Info

Publication number
RU2741728C2
RU2741728C2 RU2019113128A RU2019113128A RU2741728C2 RU 2741728 C2 RU2741728 C2 RU 2741728C2 RU 2019113128 A RU2019113128 A RU 2019113128A RU 2019113128 A RU2019113128 A RU 2019113128A RU 2741728 C2 RU2741728 C2 RU 2741728C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutting tool
cemented carbide
tool according
paragraphs
machining
Prior art date
Application number
RU2019113128A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2019113128A (ru
RU2019113128A3 (ru
Inventor
Ибрахим САДИК
Хосе Луис ГАРСИЯ
Original Assignee
Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб filed Critical Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб
Publication of RU2019113128A publication Critical patent/RU2019113128A/ru
Publication of RU2019113128A3 publication Critical patent/RU2019113128A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2741728C2 publication Critical patent/RU2741728C2/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/10—Arrangements for cooling or lubricating tools or work
    • B23Q11/1038—Arrangements for cooling or lubricating tools or work using cutting liquids with special characteristics, e.g. flow rate, quality
    • B23Q11/1053—Arrangements for cooling or lubricating tools or work using cutting liquids with special characteristics, e.g. flow rate, quality using the cutting liquid at specially selected temperatures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/067—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds comprising a particular metallic binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2222/00—Materials of tools or workpieces composed of metals, alloys or metal matrices
    • B23B2222/64—Nickel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2222/00—Materials of tools or workpieces composed of metals, alloys or metal matrices
    • B23B2222/88—Titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2222/00—Materials of tools or workpieces composed of metals, alloys or metal matrices
    • B23C2222/64—Nickel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2222/00—Materials of tools or workpieces composed of metals, alloys or metal matrices
    • B23C2222/88—Titanium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Milling Processes (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)
  • Turning (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к применению твердосплавного режущего инструмента и способу механической обработки деталей из титана, титанового сплава или сплава на основе никеля. Предложено применение твердосплавного режущего инструмента, имеющего подложку из цементированного карбида, содержащего графит, с градиентной поверхностной зоной толщиной 50-400 мкм, имеющей градиент связующей фазы с наименьшим содержанием связующей фазы в наиболее удаленной от центра режущего инструмента части градиентной поверхностной зоны, в качестве режущего инструмента для механической обработки детали, выполненной из титана, титанового сплава или сплава на основе никеля, с использованием криогенного хладагента. Указанный способ включает использование упомянутого режущего инструмента при подаче криогенного хладагента. Обеспечивается значительное увеличение долговечности инструмента. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

Description

Настоящее изобретение относится к применению твердосплавного режущего инструмента, содержащего карбид вольфрама WC и связующую фазу с градиентной поверхностной зоной, обедненной связующей фазой, и при этом режущий инструмент содержит графит вместе с криогенным хладагентом в механической обработке Ti, Ti-сплавов и сплавов на основе Ni.
Уровень техники
В уровне техники хорошо известны режущие инструменты, сделанные из цементированного карбида, для механической обработки Ti-сплавов и сплавов на основе Ni, подобных инконелю. Известно, что такие материалы трудно поддаются механической обработке. Одной проблемой, которая может возникать при механической обработке таких видов материалов рабочих заготовок, является химический износ.
Химический износ является обычным для механической обработки Ti и Ti-сплавов. Таким образом, обнаружено, что растворимость и реакционная способность материала рабочей заготовки являются очень важными при выборе режущей вставки для механической обработки Ti-сплавов. Чрезмерно низкая теплопроводность Ti вызывает перенос тепла к режущей пластине и повышенную химическую реакционную способность.
Кроме того в уровне технике механической обработки также хорошо известно, что выгодным является использование некоторых видов охлаждения для того, чтобы подавлять температуру.
Во многих случаях используют хладагенты для достижения этой цели. Однако обычные хладагенты не являются экологичными, и их необходимо перерабатывать. Повторное использование хладагента является затруднительным, поскольку содержит стружку материала рабочей заготовки. Более крупные стружки конечно, можно удалить, но более мелкие стружки в диапазоне нескольких микрон будут оставаться. Эти мелкие фрагменты могут вызвать повреждение материала рабочей заготовки, если хладагент используется повторно.
Кроме того, использование обычных охлаждающих жидкостей, например, эмульсий или MQL (minimum quality lubrication-минимальное количество смазочно-охлаждающей жидкости) может ограничить возможность повторного использования стружки для некоторых применений в аэрокосмической технике. Например, в некоторых случаях в аэрокосмической технике повторно используемая стружка не может быть использована при получении новых сплавов из-за загрязнения охлаждающими эмульсиями или смазочно-охлаждающими жидкостями.
Для некоторых применений эффект охлаждения, который достигается с помощью обычных хладагентов (эмульсий), является недостаточным. Криогенная механическая обработка является одной из альтернатив для достижения более действенного эффекта охлаждения. Кроме того, криогенное охлаждение также является хорошей альтернативой традиционным хладагентам по экологическим причинам, поскольку является нетоксичным.
Одной целью данного изобретения является повышение долговечности инструмента при механической обработке Ti, Ti-сплавов и сплавов на основе Ni.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к применению режущего инструмента, содержащего подложку из цементированного карбида с градиентной поверхностной зоной толщиной в пределах 50-400мкм. Поверхностная зона имеет градиент связующей фазы с наименьшим содержанием связующей фазы в наиболее удаленной части градиентной поверхностной зоны и при том цементированный карбид содержит графит. Режущий инструмент используют вместе с криогенным хладагентом при механической обработке Ti, Ti-сплавов и сплавов на основе Ni
Было обнаружено, что сочетание избыточного количества углерода в подложке с криогенным хладагентом могут значительно увеличить долговечность инструмента при механической обработке Ti, Ti-сплавов и сплавов на основе Ni. Химический износ среди прочего приводит к образованию расплава Co-Ti, быстрой диффузии углерода в кобальт и химическому взаимодействию между Ti и C особенно для Ti и Ti-сплавов. Ti взаимодействует с C из зерен WC, что приводит к разрушению WC и эта(ŋ)-фазе (W6Co6C, W3Co3C) или образованию W2C. Это приводит к охрупчиванию цементированного карбида, выкрашиванию зерна и быстрому износу инструмента, что значительно снижает долговечность инструмента.
С годами определение криогенности несколько изменилось. Научное определение заключается в том, что температура должна быть ниже-153°С. Однако в последние годы это определение было до некоторой степени расширено в более поздних публикациях, например, также включен углекислый газ CO2, который имеет температуру-80С.
Под криогенным охлаждением здесь подразумевается, что хладагент имеет температуру ниже -50°С. Соответствующим хладагентом является жидкий азот и/или CO2.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения хладагентом является жидкий азот.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения хладагентом является жидкий CO2. CO2 может быть или в виде жидкости (сверхкритической), газа или смеси из жидкости/газа.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения криогенный хладагент комбинируют с MQL (минимальное количество смазочно-охлаждающей жидкости).
В другом варианте осуществления настоящего изобретения криогенный хладагент комбинируют со сжатым воздухом. Это иногда является выгодным, для удаления стружки из зоны резания.
Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения криогенный хладагент комбинируют и со сжатым воздухом, и с MQL.
Подача хладагента зависит от конкретного применения и настройки и находится обычно в диапазоне 0,05-1 кг/мин. Давление хладагента будет также меняться в зависимости от конкретного применения и настройки и составляет обычно от 3 до 100 бар.
Хладагент можно подавать различными способами в зависимости от типа машинной операции и типа режущего инструмента и т.д.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения хладагент обеспечивают посредством наружного охлаждения. Таким образом, подразумевается, что хладагент обеспечивают одной или более отдельными форсунками, направленными в зону, где происходит механическая обработка, т.е. где соприкасаются инструмент и материал обрабатываемой детали.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения хладагент обеспечивают посредством внутреннего охлаждения через держатель инструмента. Таким образом, подразумевается, что хладагент обеспечивают с помощью каналов в держателе инструмента, которые будут подавать хладагент непосредственно на режущий инструмент.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения хладагент обеспечивают посредством внутреннего охлаждения через держатель инструмента и режущий инструмент в замкнутом цикле. Тем самым подразумевается, что хладагент обеспечивают через каналы, которые будут подавать хладагент через держатель инструмента и через режущий инструмент, а затем подадут обратно через держатель инструмента в замкнутый цикл. Таким образом, хладагент можно использовать повторно.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения хладагент обеспечивают посредством внутреннего охлаждения через держатель инструмента и режущий инструмент, и где хладагент покидает режущий инструмент, т.е. отсутствует замкнутый цикл. Такой вариант осуществления является обычным, например, для сверл.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения хладагент может быть обеспечен посредством комбинации, по меньшей мере, из двух видов охлаждающих способов, описанных выше, т.е. выбранных из наружного охлаждения, внутреннего охлаждения через держатель инструмента и внутреннего охлаждения через держатель инструмента и через режущий инструмент в замкнутом цикле или без него.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения способ механической обработки соответствует токарной обработке. Соответствующими параметрами механической обработки являются Vc (скорость резания) в диапазоне 30-200 м/мин, предпочтительно в диапазоне 30-120 м/мин, более предпочтительно в диапазоне 50-90 м/мин, ap (глубина резания) в диапазоне 0,1-5 мм, предпочтительно в диапазоне 0,3-2 мм. Подача fz составляет соответственно в диапазоне 0,05-0,4 мм/об, предпочтительно в диапазоне 0,05-0,3 мм/об.
Режущий инструмент, содержащий подложку из цементированного карбида, согласно настоящему изобретению является пригодным для механической обработки сплавов цветных металлов, наиболее пригодным для Ti или Ti-сплавов и/или сплавов на основе Ni, а наиболее пригодным для Ti или Ti-сплавов. Соответствующими примерами Ti или Ti-сплавов являются α, β и γ сплавы, например,α-Ti и α-сплавы, такие как Ti5Al2,5Sn, псевдо-α-сплавы, такие как Ti6Al2Sn4Zr2Mo, α+β сплавы такие как Ti6Al2Sn4Zr6Mo и Ti6Al4V. Примерами сплавов на основе Ni являются Inconel 718, Waspaloy и сплав Haynes 282.
Режущий инструмент содержит подложку из цементированного карбида, содержащую WC и связующую фазу с градиентной поверхностной зоной толщиной в диапазоне 50-400 мкм. Градиентная поверхностная зона имеет градиент связующей фазы с наименьшим содержанием связующей фазы в наиболее удаленной части градиентной поверхностной зоны. Дополнительно подложка из цементированного карбида содержит графит.
Согласно настоящему изобретению градиентная поверхностная зона обеднена связующей фазой, т.е. содержание связующей фазы в градиентной поверхностной зоне ниже, чем содержание связующей фазы в массе цементированного карбида. Одним способом измерения содержания связующей фазы является зондовый анализатор JXA8530F фирмы Jeol, оснащенный EDS (энергодисперсионным)/WDS(распределенным беспроводным) детектором.
Толщина градиентной поверхностной зоны составляет 50-400 мкм, предпочтительно в диапазоне 120-250 мкм. Поверхностную градиентную зону определяют как область между поверхностью инструмента и точкой, где содержание связующей фазы больше не изменяется, т.е. где начинается масса материала.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения содержание связующей фазы в градиентной поверхностной зоне составляет 0,2-0,9 от содержания связующей фазы в массе. Увеличение содержания связующей фазы в градиентной поверхностной зоне, начинающееся от поверхности по направлению к массе, является постепенным до конца градиентной поверхностной зоны.
Содержание графита в режущем инструменте, включающем подложку из цементированного карбида, является таким, что осадки (преципитаты) графита можно рассмотреть при использовании светового оптического микроскопа (LOM). Такой вид преципитатов можно также называть свободным графитом. Графит можно видеть в градиентной поверхностной зоне и в некоторых случаях также повсюду во всем теле цементированного карбида, т.е. и в градиентной поверхностной зоне, и в массе.
Одним способом описания количества графита является C-пористость, измеренная согласно DIN ISO 4505. Тем самым здесь подразумевается, что в изображении с увеличением 100 раз (fach), когда изображение включает в себя грань, предпочтительно режущую грань, инструмента и площадь инструмента, по меньшей мере, 600×600 мкм, C-пористость в зоне с максимальным количеством графита составляет С02-С08, предпочтительно в диапазоне С04-С08, более предпочтительно в диапазоне С06-С08.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения графит присутствует в градиентной поверхностной зоне.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения графит присутствует только в градиентной поверхностной зоне.
WC в подложке из цементированного карбида согласно настоящему изобретению соответственно имеет средний размер зерна в диапазоне 0,4-10 мкм, предпочтительно в диапазоне 1,2- 4,0 мкм.
Кроме WC и связующей фазы цементированный карбид может содержать также и другие составляющие, обычные для получения цементированных карбидов, например, Nb, Ta, Ti и Cr. Количество этих элементов может меняться от 20 частей на миллион (ppm) по весу до 5 масс.% от общего цементированного карбида.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения количество дополнительных составляющих, т.е. в дополнение к WC, составляет от 20 частей на миллион (ppm) по весу до 1 масс.%, предпочтительно от 20 частей на миллион (ppm) по весу до 250 частей на миллион (ppm) по весу от общего цементированного карбида.
Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения WC является единственной твердой составляющей, присутствующей в цементированном карбиде.
Цементированный карбид может также содержать небольшие количества других элементов, обычных для данного уровня техники, таких как редкоземельные элементы, оксиды, алюминиды и бориды.
Содержание связующей фазы в подложке из цементированного карбида находится соответственно в диапазоне 2-25 масс.%, предпочтительно в диапазоне 4- 10 масс.% и более предпочтительно 5-7 масс.%.
Связующая фаза может включать в себя один или более из Co, Ni и Fe.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения связующая фаза содержит, в основном, Co. Тем самым здесь подразумевается, что в качестве сырья для связующей фазы добавляется только Co. Тем не менее, в процессе получения и другие элементы могут частично раствориться в Co.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения цементированный карбид состоит из WC и Co и неизбежных примесей. Общее содержание углерода в продукте будет варьироваться в зависимости от содержания WC, так как вносит вклад в общее содержание углерода.
Например, для цементированного карбида, содержащего 94 масс.% WC и 6 масс.% Co, общее содержание углерода в материале находится соответственно в диапазоне 5,80-5,95 масс.%, предпочтительно в диапазоне 5,89-5,93 масс.%. Содержание углерода можно определить, например, с помощью прибора фирмы LECO, описанного в примерах.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения цементированный карбид состоит из WC и 5-7 масс.% Co и неизбежных примесей.
В данной области техники принято обеспечивать инструменты цементированного карбида покрытием, чтобы повысить долговечность инструмента. Цементированный карбид согласно настоящему изобретению может быть предоставлен как без покрытия, так и соответственно с покрытием CVD (химическое осаждение из паровой фазы), CVD плазма (плазмохимическое осаждение из паровой или газовой фазы) или c покрытием PVD (физическое осаждение из паровой фазы), известными в данной области техники.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения режущий инструмент настоящего изобретения соответственно не имеет покрытия.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения тело из цементированного карбида обеспечивают покрытием, выгодным для обнаружения износа, например, TiN толщиной 0,2-3 мкм.
Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения тело цементированного карбида может быть обеспечено покрытием, содержащим углерод, например, покрытием DLC (DLC от англ.-diamond like coating-алмазоподобное покрытие) толщиной 0,2-3 мкм, осажденным CVD, чтобы предоставить дополнительный источник углерода.
Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения тело из цементированного карбида обеспечено покрытием толщиной от 0,5 до 15 мкм, включающим в себя алмаз.
Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения тело из цементированного карбида обеспечивают покрытием, включающим в себя ZrC монослой толщиной 0,2-3 мкм, путем CVD осаждения.
Под режущим инструментом здесь подразумевают режущую пластину, сверло или концевую фрезу.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения режущим инструментом является режущая пластина для токарной обработки.
Настоящее изобретение относится также к способу механической обработки Ti, Ti сплавов или сплавов на основе Ni с использованием режущего инструмента, описанного выше, содержащего подложку из цементированного карбида с градиентной поверхностной зоной толщиной 50-400мкм. Поверхностная зона имеет градиент связующей фазы с наименьшим содержанием связующей фазы на наиболее удаленном участке градиентной поверхностной зоны и при том цементированный карбид содержит свободный графит. Режущий инструмент используют вместе с криогенным хладагентом.
Пример 1 (изобретение)
Режущая пластина по изобретению изготовлена сначала путем изготовления обычного цементированного карбида, первого тела из цементированного карбида, которое не содержит ŋ(эта)-фазу, или графит. Первое тело из цементированного карбида также свободно от каких-либо градиентов связующей фазы. Затем первое тело из цементированного карбида подвергают второй стадии спекания, которую проводят в науглероживающей среде.
Первое тело из цементированного карбида изготовлено путем составления смеси, сделанной из WC, 6 масс.% Co, с дополнительным углеродом, смешивали и перемешивали в течение 18 часов, прессовали и спекали при 1410°С в течение 1 ч в вакууме. После спекания цементированный карбид состоит из WC, встроенного в Co металлическую связующую фазу с Co. Общий углерод после спекания составлял 5,7 масс.%. Содержание углерода определяют сжиганием образца и последующим анализом продуктов с помощью ИК-обнаружения в твердом состоянии. Анализ проводят на приборе фирмы LECO WC-600. Точность значений составляет ±0,01 мас %. Первое спеченное твердое тело не содержало ŋ-фазы или графита.
После первой стадии спекания тело из цементированного карбида подвергали второй стадии спекания путем температурной обработки тела из цементированного карбида в течение 1 ч при температуре 1350°С в атмосфере спекания, содержащей смесь из CH4/H2, с получением в цементированном карбиде обедненной Co градиентной поверхностной зоны. После температурной обработки цементированный карбид содержал WC, Co и преципитаты графита с С-пористостью C-06 по ISO DIN 4505. Кроме того, благодаря обработке спеканием в атмосфере с более высокой активностью углерода по сравнению с цементированным карбидом, в цементированном карбиде образуется 130 мкм градиентная поверхностная зона, обедненная Co.
Градиент измеряют на поперечном сечении режущей пластины в трех разных положениях, кромка, передний угол и лицевая сторона, используя зондовый анализатор Microprobe JXA8530F фирмы Jeol, оснащенный EDS (энергодисперсионным)/WDS (распределенным беспроводным) детектором с энергией луча 15 кВт 50нА, диаметр зонда 1мкм, время выдержки 1000мсек.
Общее содержание углерода после температурной обработки, измеренное с помощью прибора фирмы LECO, составило 5,89 масс.% C. Это тело из цементированного карбида называют Образцом 1.
Пример 2 (предшествующий уровень)
Смесь, сделанную из WC, 6 масс.% Co c дополнительным избыточным углеродом, смешивали и перемешивали смесь в течение 18 часов, прессовали и спекали при 1410°С в течение 1 ч в вакууме. После спекания цементированный карбид содержал WC, встроенный в металлическую связующую фазу с Co. Общее содержание углерода после спекания, измеренное с помощью прибора фирмы LECO, составило 5,76 масс.% C. Содержание углерода было измерено, как описано в примере 1. Градиент графита отсутствовал и C-пористость не обнаруживалась. Это тело из цементированного карбида называют образцом 2.
Пример 3 (рабочий пример)
Режущие пластины CNMG 120408-SM, описанные в примере 1 и 2, испытывали в токарной обработке для сплава Ti6Al4V, используя следующие условия:
ap= 2 мм
Fz= 0,1-0,2 мм/об, переменная
Vc= 70 м/мин
Хладагент: жидкий азот, 7 бар, 0,85 кг/мин, внутренний через держатель.
Критериями долговечности являлись боковой износ (VB=0,3 мм), надрез (VBn=0,4мм) или разрушение кромки.
Результаты можно видеть в таблице 1, где каждый результат является средним из двух испытаний, т.е. из двух режущих пластин.
Таблица 1
Режущий инструмент Подача (мм/об) Долговечность(минуты)
Образец 1 (изобретение) 0,1 61
Образец 2(сравнительный) 0,1 20
Образец 1 (изобретение) 0,15 28
Образец 2(сравнительный) 0,15 6
Образец 1 (изобретение) 0,2 14
Образец 2(сравнительный) 0,2 3
Как можно видеть в таблице 1 режущий инструмент по настоящему изобретению имеет значительно более продолжительную долговечность, чем ссылочный.
Пример 4 (рабочий пример)
Режущие пластины, описанные в примере 1 и 2, испытывали в токарной обработке для сплава Ti6Al4V, используя следующие условия:
ap= 2 мм
Fz= 0,1-0,2 мм/об, переменная
Vc= 115 м/мин
Охлаждение: жидкий азот, 7 бар, 0,85 кг/мин, внутренний через держатель.
Критерием долговечности был увеличенный боковой износ выше 0,4мм.
Критериями долговечности являлись боковой износ (VB=0,3 мм), надрез (VBn=0,4мм) или разрушение кромки.
Результаты можно увидеть в таблице 2, где каждый результат является средним из двух испытаний, т.е. из двух режущих пластин.
Таблица 2
Режущий инструмент Подача (мм/об) Долговечность(минуты)
Образец 1 (изобретение) 0,1 5
Образец 2(сравнительный) 0,1 1
Образец 1 (изобретение) 0,15 2,5
Образец 2(сравнительный) 0,15 0,5
Образец 1 (изобретение) 0,2 1,5
Образец 2(сравнительный) 0,2 0,3
Как можно видеть в таблице 2 режущий инструмент по настоящему изобретению имеет значительно более продолжительную долговечность, чем ссылочный.

Claims (15)

1. Применение твердосплавного режущего инструмента, имеющего подложку из цементированного карбида, содержащего графит, с градиентной поверхностной зоной толщиной 50-400 мкм, имеющей градиент связующей фазы с наименьшим содержанием связующей фазы в наиболее удаленной от центра режущего инструмента части градиентной поверхностной зоны, в качестве режущего инструмента для механической обработки детали, выполненной из титана, титанового сплава или сплава на основе никеля, с использованием криогенного хладагента.
2. Применение режущего инструмента по п. 1, отличающееся тем, что криогенным хладагентом является жидкий азот.
3. Применение режущего инструмента по п. 1, отличающееся тем, что криогенным хладагентом является жидкий CO2.
4. Применение режущего инструмента по п. 1, отличающееся тем, что механическая обработка представляет собой токарную обработку при скорости резания Vc от 30 до 200 м/мин, глубине резания ар от 0,1 до 5 мм и скорости подачи от 0,05 до 0,4 мм/об.
5. Применение режущего инструмента по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что криогенный хладагент подают для наружного охлаждения в зону механической обработки упомянутой детали.
6. Применение режущего инструмента по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что криогенный хладагент подают через держатель инструмента для внутреннего охлаждения.
7. Применение режущего инструмента по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что криогенный хладагент подают через держатель инструмента и режущий инструмент в замкнутом цикле для внутреннего охлаждения.
8. Применение режущего инструмента по п. 1, отличающееся тем, что толщина поверхностной зоны подложки из цементированного карбида составляет 120-250 мкм.
9. Применение режущего инструмента по п. 1 или 8, отличающееся тем, что количество графита в подложке из цементированного карбида обеспечивает С-пористость, составляющую С02-С08.
10. Применение режущего инструмента по любому из пп. 1, 8, 9, отличающееся тем, что количество графита в подложке из цементированного карбида обеспечивает С-пористость, составляющую С04-С08.
11. Применение режущего инструмента по любому из пп. 1, 8-10, отличающееся тем, что в подложке из цементированного карбида графит содержится в градиентной поверхностной зоне.
12. Применение режущего инструмента по любому из пп. 1, 8-11, отличающееся тем, что для подложки из цементированного карбида связующая фаза представляет собой кобальт, при этом содержание кобальта составляет 4-10 мас. %.
13. Применение режущего инструмента по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что режущий инструмент выполнен без покрытия.
14. Применение режущего инструмента по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что режущий инструмент снабжен покрытием, выполненным из TiN или алмазоподобным покрытием, или покрытием, представляющим собой монослой из ZrC.
15. Способ механической обработки деталей из титана, титанового сплава или сплава на основе никеля, включающий использование режущего инструмента при подаче криогенного хладагента, имеющего подложку из цементированного карбида, содержащего графит, с градиентной поверхностной зоной толщиной в 50-400 мкм, имеющей градиент связующей фазы с наименьшим содержанием связующей фазы в наиболее удаленной от центра режущего инструмента части градиентной поверхностной зоны.
RU2019113128A 2016-09-30 2017-09-21 Способ механической обработки ti, ti-сплавов и сплавов на основе ni RU2741728C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16191764.6 2016-09-30
EP16191764 2016-09-30
PCT/EP2017/073893 WO2018060046A1 (en) 2016-09-30 2017-09-21 Method of machining ti, ti-alloys and ni-based alloys

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019113128A RU2019113128A (ru) 2020-10-30
RU2019113128A3 RU2019113128A3 (ru) 2020-10-30
RU2741728C2 true RU2741728C2 (ru) 2021-01-28

Family

ID=57144777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019113128A RU2741728C2 (ru) 2016-09-30 2017-09-21 Способ механической обработки ti, ti-сплавов и сплавов на основе ni

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11141829B2 (ru)
EP (1) EP3519609B1 (ru)
JP (1) JP7203019B2 (ru)
KR (1) KR102532837B1 (ru)
CN (1) CN109863257B (ru)
RU (1) RU2741728C2 (ru)
WO (1) WO2018060046A1 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3538305B1 (en) * 2016-11-08 2024-07-03 Sandvik Intellectual Property AB Method of machining ti, ti-alloys and ni-based alloys
CN109202070A (zh) * 2018-10-25 2019-01-15 湖南工业大学 一种基于液态二氧化碳冷却的硬质合金成型方法
CN113523436A (zh) * 2021-06-30 2021-10-22 贵州大学 一种提高高强钛合金切削性能的加工方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1553259A1 (ru) * 1987-12-23 1990-03-30 Тернопольский Филиал Львовского Политехнического Института Им.Ленинского Комсомола Твердосплавна пластина дл режущих инструментов
RU2131328C1 (ru) * 1994-03-22 1999-06-10 Сандвиг АБ Тело из цементированного карбида с покрытием и способ его изготовления
US20030110781A1 (en) * 2001-09-13 2003-06-19 Zbigniew Zurecki Apparatus and method of cryogenic cooling for high-energy cutting operations
US20110048183A1 (en) * 2009-02-19 2011-03-03 Purdue Research Foundation Machining apparatus and process
WO2014191505A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 Sandvik Intellectual Property Ab New process of manufacturing cemented carbide and a product obtained thereof

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2684688B2 (ja) 1988-07-08 1997-12-03 三菱マテリアル株式会社 切削工具用表面被覆炭化タングステン基超硬合金
JPH02221353A (ja) * 1989-02-21 1990-09-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 耐摩工具用超硬合金及びその製造法
JP3191878B2 (ja) * 1991-02-21 2001-07-23 三菱マテリアル株式会社 気相合成ダイヤモンド被覆切削工具の製造法
US5310605A (en) * 1992-08-25 1994-05-10 Valenite Inc. Surface-toughened cemented carbide bodies and method of manufacture
US5494635A (en) * 1993-05-20 1996-02-27 Valenite Inc. Stratified enriched zones formed by the gas phase carburization and the slow cooling of cemented carbide substrates, and methods of manufacture
US5761974A (en) * 1996-07-22 1998-06-09 Board Of Regents Of The University Of Nebraska System and method for machining heat resistant materials
SE9704742D0 (sv) * 1997-12-18 1997-12-18 Sandvik Ab Coated cemented carbide with improved properties and method of making such body
WO2001064376A1 (fr) * 2000-03-03 2001-09-07 Masao Murakawa Pointe jetable anticalorique et outil jetable anticalorique comportant une telle point jetable
SE0101241D0 (sv) * 2001-04-05 2001-04-05 Sandvik Ab Tool for turning of titanium alloys
US7699904B2 (en) * 2004-06-14 2010-04-20 University Of Utah Research Foundation Functionally graded cemented tungsten carbide
US7634957B2 (en) * 2004-09-16 2009-12-22 Air Products And Chemicals, Inc. Method and apparatus for machining workpieces having interruptions
SE529590C2 (sv) 2005-06-27 2007-09-25 Sandvik Intellectual Property Finkorniga sintrade hårdmetaller innehållande en gradientzon
SE531929C2 (sv) * 2007-07-13 2009-09-08 Seco Tools Ab Belagt hårdmetallskär för svarvning av stål eller rostfritt stål
US8163232B2 (en) * 2008-10-28 2012-04-24 University Of Utah Research Foundation Method for making functionally graded cemented tungsten carbide with engineered hard surface
GB0903343D0 (en) * 2009-02-27 2009-04-22 Element Six Holding Gmbh Hard-metal body with graded microstructure
US9388482B2 (en) * 2009-11-19 2016-07-12 University Of Utah Research Foundation Functionally graded cemented tungsten carbide with engineered hard surface and the method for making the same
EP3099441B1 (en) * 2014-01-31 2020-05-06 5Me Ip, Llc Rotary cutting tool with an internal cooling cavity

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1553259A1 (ru) * 1987-12-23 1990-03-30 Тернопольский Филиал Львовского Политехнического Института Им.Ленинского Комсомола Твердосплавна пластина дл режущих инструментов
RU2131328C1 (ru) * 1994-03-22 1999-06-10 Сандвиг АБ Тело из цементированного карбида с покрытием и способ его изготовления
US20030110781A1 (en) * 2001-09-13 2003-06-19 Zbigniew Zurecki Apparatus and method of cryogenic cooling for high-energy cutting operations
US20110048183A1 (en) * 2009-02-19 2011-03-03 Purdue Research Foundation Machining apparatus and process
WO2014191505A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 Sandvik Intellectual Property Ab New process of manufacturing cemented carbide and a product obtained thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019113128A (ru) 2020-10-30
EP3519609B1 (en) 2020-08-12
WO2018060046A1 (en) 2018-04-05
KR102532837B1 (ko) 2023-05-15
RU2019113128A3 (ru) 2020-10-30
US11141829B2 (en) 2021-10-12
KR20190059912A (ko) 2019-05-31
US20190232449A1 (en) 2019-08-01
EP3519609A1 (en) 2019-08-07
CN109863257A (zh) 2019-06-07
CN109863257B (zh) 2021-06-22
JP7203019B2 (ja) 2023-01-12
JP2019536639A (ja) 2019-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7510761B2 (en) Cutting tool made of surface-coated cemented carbide with hard coating layer exhibiting excellent wear resistance in high speed cutting operation of high hardness steel
JP4747268B2 (ja) 硬質被覆層がすぐれた高温強度を有する表面被覆超硬合金製切削工具
RU2741728C2 (ru) Способ механической обработки ti, ti-сплавов и сплавов на основе ni
KR20120094467A (ko) 표면 피복 절삭 공구
CN102581323B (zh) 硬质包覆层具备耐崩刀性、耐缺损性的表面包覆切削工具
JP5920578B2 (ja) 耐摩耗性と耐欠損性にすぐれた表面被覆切削工具
CN109562461A (zh) 耐熔敷崩刀性及耐剥离性优异的表面包覆切削工具
JP2009119551A (ja) 高速高送り切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
RU2749596C2 (ru) Способ обработки титана, титановых сплавов и сплавов на основе никеля
JP2009125834A (ja) 表面被覆切削工具
JP2019171488A (ja) 耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具
JP2009285764A (ja) 高速高送り切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
JP4747386B2 (ja) 硬質被覆層が高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具
JP2003001504A (ja) 高速切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP5287383B2 (ja) 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
JP2002273605A (ja) 高速重切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2005219199A (ja) 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2002326102A (ja) 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2009285765A (ja) 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
JP2002254209A (ja) 重切削で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2002263912A (ja) 高速重切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2004230498A (ja) 高速重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2004230497A (ja) 高速重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2004314245A (ja) 難削材の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2004291106A (ja) 重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具