RU78208U1 - MULTI-LAYER-CUTTING TOOL - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и предназначена для получения износостойких покрытий на режущем инструменте в инструментальном производстве.The utility model relates to the field of coating, in particular to coating by evaporation and condensation in vacuum, and is intended to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool in tool production.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.The technical result is an increase in the resistance of the cutting tool.

Предлагается 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, циркония и алюминия при их соотношении, мас.%:A cutting tool with a multilayer wear-resistant coating is proposed, containing a tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, the titanium, zirconium and aluminum compounds nitride or carbonitride are used as the lower layer in their ratio, wt.%:

титан 75,4-76,6, цирконий 10,0-10,6, алюминий 13,4-14,0; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония, хрома и алюминия при их соотношении, мас.%: титан 73,2-75,1, цирконий 9,3-10,2, хром 6,7-7,3, алюминий 8,9-9,3; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония и хрома при их соотношении, мас.%: титан 69,0-72,0, цирконий 18,0-20,0, хром 10,0-11,0.titanium 75.4-76.6, zirconium 10.0-10.6, aluminum 13.4-14.0; as an intermediate, nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium, chromium and aluminum with their ratio, wt.%: titanium 73.2-75.1, zirconium 9.3-10.2, chromium 6.7-7.3, aluminum 8.9-9.3; as the top, nitride or carbonitride of the titanium, zirconium and chromium compounds at their ratio, wt.%: titanium 69.0-72.0, zirconium 18.0-20.0, chromium 10.0-11.0.

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 a 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 верхнего слоя нитрида соединения титана, циркония и хрома The closest cutting tool with a coating of the same purpose to the claimed utility model according to the totality of features is a cutting tool with a multilayer coating containing a tool base and a multilayer ion-plasma wear-resistant coating, consisting of an upper layer of a nitride compound of titanium, zirconium and chromium

TiZrCrN и нижнего слоя нитрида соединения титана, циркония и алюминия TiZrAlN (Патент на полезную модель RU 55368 U1), принятый за прототип.TiZrCrN and the lower nitride layer of a compound of titanium, zirconium and aluminum TiZrAlN (Utility Model Patent RU 55368 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, циркония и алюминия при их соотношении, мас.%: титан 75,4-76,6, цирконий 10,0-10,6, алюминий 13,4-14,0; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония, хрома и алюминия при их соотношении, мас.%: титан 73,2-75,1, цирконий 9,3-10,2, хром 6,7-7,3, алюминий 8,9-9,3; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония и хрома при их соотношении, мас.%: титан 69,0-72,0, цирконий 18,0-20,0, хром 10,0-11,0.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 nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium and aluminum is used as the lower coating layer, wt.%: Titanium 75.4-76.6, zirconium 10.0-10.6; aluminum 13.4-14.0; as an intermediate, nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium, chromium and aluminum with their ratio, wt.%: titanium 73.2-75.1, zirconium 9.3-10.2, chromium 6.7-7.3, aluminum 8.9-9.3; as the top, nitride or carbonitride of the titanium, zirconium and chromium compounds at their ratio, wt.%: titanium 69.0-72.0, zirconium 18.0-20.0, chromium 10.0-11.0.

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 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 a list of identified prototype analogues, as

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.the analogue closest in the totality of features made it possible to establish the set of distinguishing features that are significant with respect to the technical result perceived by the applicant in the claimed cutting tool with a wear-resistant coating, set forth in the utility model formula.

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, циркония и алюминия; промежуточного слоя 3, содержащего нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония, хрома и алюминия; верхнего слоя 4, содержащего нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония и хрома.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 a nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium and aluminum; an intermediate layer 3 comprising a nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium, chromium and aluminum; the upper layer 4 containing a nitride or carbonitride compound of titanium, zirconium and chromium.

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 электродуговыми испарителями, материалы катодов 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-grind plates preliminarily cleaned of contaminants made of MK8 hard alloy were placed in the chamber of the Bulat-6T installation with electric arc evaporators installed in it, the cathode 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.

Прочность сцепления покрытия с инструментальным материалом оценивали путем вдавливания алмазного индентора на твердомере ТК-2М при нагрузке 600Н. За критерий оценки адгезионно-прочностных свойств композиции «покрытие - инструментальный материал» принят коэффициент отслоения, определяемый как отношение площади отслоения покрытия к площади отпечатка индентора.The adhesion strength of the coating to the tool material was evaluated by pressing a diamond indenter on a TK-2M hardness tester at a load of 600N. The criterion for assessing the adhesion-strength properties of the composition "coating - tool material" is the peeling coefficient, defined as the ratio of the peeling area of the coating to the indenter imprint area.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали 30ХГСА на токарном станке 16К20. 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. Коэффицент отслоенияPeeling ratio Микротвердость, ГПаMicrohardness, GPa Стойкость минResistance min ПримичаниеImplication 1 слой1 layer 2 слой2 layer 3 слой3 layer TiTi ZrZr AlAl TiTi ZrZr AlAl CrCr TiTi ZrZr CrCr TiNTiN -- 1,161.16 29,229.2 4545 АналогAnalogue TiZrAlN-TiZrCrNTiZrAlN-TiZrCrN 76,076.0 10,310.3 13,713.7   70,570.5 19,019.0 10,510.5 1,201.20 45,445.4 216216 ПрототипPrototype TiZrAlN-TiZrCrFeN-TiZrCrNTiZrAlN-TiZrCrFeN-TiZrCrN 76,076.0 10,310.3 13,713.7 75,475,4 9,89.8 9,19.1 5,75.7 72,572.5 19,019.0 8,58.5 1,201.20 46,646.6 274274   77,377.3 10,310.3 12,412,4 74,974.9 9,89.8 8,38.3 7,07.0 70,570.5 19,019.0 10,510.5 1,381.38 47,447.4 294294   76,076.0 10,310.3 13,713.7 74,174.1 9,89.8 9,19.1 7,07.0 70,570.5 19,019.0 10,510.5 1,201.20 48,848.8 307307   74,974.9 10,310.3 14,714.7 73,373.3 9,89.8 9,99.9 7,07.0 70,570.5 19,019.0 10,510.5 1,361.36 47,347.3 288288   76,076.0 10,310.3 13,713.7 72,872.8 9,89.8 9,19.1 8,38.3 68,568.5 19,019.0 12,512.5 1,201.20 46,346.3 273273   TiZrAlCN-TiZrCrFeCN-TiZrCrCNTiZrAlCN-TiZrCrFeCN-TiZrCrCN 76,076.0 10,310.3 13,713.7 75,475,4 9,89.8 9,19.1 5,75.7 72,572.5 19,019.0 8,58.5 1,331.33 49,949.9 308308   77,377.3 10,310.3 12,412,4 74,974.9 9,89.8 8,38.3 7,07.0 70,570.5 19,019.0 10,510.5 1,581,58 52,252,2 319319   76,076.0 10,310.3 13,713.7 74,174.1 9,89.8 9,19.1 7,07.0 70,570.5 19,019.0 10,510.5 1,331.33 54,154.1 333333   74,974.9 10,310.3 14,814.8 73,373.3 9,89.8 9,99.9 7,07.0 70,570.5 19,019.0 10,510.5 1,541,54 51,851.8 320320   76,076.0 10,310.3 13,713.7 72,872.8 9,89.8 9,19.1 8,38.3 68,568.5 19,019.0 12,512.5 1,331.33 50,150.1 311311  

Как видно из приведенных в табл.1 данных, стойкость пластин с предложенными многослойными покрытиями повышается в 1,3-1,5 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 1.3-1.5 times in comparison 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 (1)

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, циркония и алюминия при их соотношении, мас.%: титан 75,4-76,6, цирконий 10,0-10,6, алюминий 13,4-14,0; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония, хрома и алюминия при их соотношении, мас.%: титан 73,2-75,1, цирконий 9,3-10,2, хром 6,7-7,3, алюминий 8,9-9,3; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид соединения титана, циркония и хрома при их соотношении, мас.%: титан 69,0-72,0, цирконий 18,0-20,0, хром 10,0-11,0.

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 lower layer of which is used nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium and aluminum at their ratio, wt.%: Titanium 75.4-76 6, zirconium 10.0-10.6, aluminum 13.4-14.0; as an intermediate, a nitride or carbonitride of a compound of titanium, zirconium, chromium and aluminum with their ratio, wt.%: titanium 73.2-75.1, zirconium 9.3-10.2, chromium 6.7-7.3, aluminum 8.9-9.3; as the top, nitride or carbonitride of the titanium, zirconium and chromium compounds at their ratio, wt.%: titanium 69.0-72.0, zirconium 18.0-20.0, chromium 10.0-11.0.