RU97084U1 - MULTI-LAYER CUTTING TOOL - Google Patents

Abstract

Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого использован нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении, мас.%: титан 78,0-86,0, хром 4,0-6,0, цирконий 12,0-16,0, в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении, мас.%: 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, мас.%: титан 91,5-93,5, хром 6,5-8,5. 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, chromium and zirconium in their ratio, wt.%: Titanium 78.0-86 , 0, chromium 4.0-6.0, zirconium 12.0-16.0, as an intermediate - nitride or carbonitride of a titanium, chromium and zirconium compound at their ratio, wt.%: Titanium 73.0-81.0 , chromium 9.0-11.0, zirconium 12.0-16.0, as the top - nitride or carbonitride compounds Titan and chromium in a ratio, wt.%: 91,5-93,5 titanium, chromium 6.5-8.5.

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 titanium nitrides and carbonitrides. Ulyanovsk: UlSTU , 1998.123 s.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе наносимое покрытие не обеспечивает такой же высокой эффективности при работе режущего инструмента с этим покрытием в условиях прерывистого резания, в частности, при фрезеровании, как при непрерывном резании.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method include the fact that in the known method, the applied coating does not provide the same high efficiency when the cutting tool is used with this coating under intermittent cutting conditions, in particular during milling, as during continuous cutting.

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 нижнего слоя соединения титана и хрома, легированное цирконием TiCrZr, промежуточного слоя нитрида титана, хрома и циркония TiCrZrN и верхнего слоя нитрида соединения титана, хрома TiCrN (Патент на полезную модель RU 50538 U1), принятый за прототип.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 a lower layer of a titanium-chromium compound alloyed with TiCrZr zirconium, the intermediate layer of titanium nitride, chromium and zirconium TiCrZrN and the upper nitride layer of the titanium compound, chromium TiCrN (Utility Model Patent RU 50538 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 fracture and quickly collapses during 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, хрома и циркония при их соотношении, мас.%: титан 78,0-86,0, хром 4,0-6,0, цирконий 12,0-16,0; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении, мас.%: 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, мас.%: титан 91,5-93,5, хром 6,5-8,5.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, chromium and zirconium is used as the lower coating layer, wt.%: Titanium 78.0-86.0, chromium 4.0-6.0, zirconium 12.0-16.0; as an intermediate, nitride or carbonitride of a titanium, chromium and zirconium compound at their ratio, wt.%: titanium 73.0-81.0, chromium 9.0-11.0, zirconium 12.0-16.0; as the top, nitride or carbonitride of the titanium and chromium compounds at their ratio, wt.%: titanium 91.5-93.5, chromium 6.5-8.5.

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 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.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 the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the characteristics of the analogue, allowed to establish a set of essential in relation to perceived by the applicant to the technical result of the distinguishing features in the claimed cutting tool with a wear-resistant coating, set out in the formula of the utility model.

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, хрома и циркония при их соотношении, мас.%: титан 78,0-86,0, хром 4,0-6,0, цирконий 12,0-16,0; промежуточного слоя 3, содержащего нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении, мас.%: титан 73,0-81,0, хром 9,0-11,0, цирконий 12,0-16,0; верхнего слоя 4, содержащего нитрид или карбонитрид соединения титана и хрома при их соотношении, мас.%: титан 91,5-93,5, хром 6,5-8,5.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 nitride or carbonitride of a titanium, chromium and zirconium compound at their ratio, wt.%: Titanium 78.0-86.0, chromium 4, 0-6.0, zirconium 12.0-16.0; an intermediate layer 3 containing a nitride or carbonitride of a titanium, chromium and zirconium compound at their ratio, wt.%: titanium 73.0-81.0, chromium 9.0-11.0, zirconium 12.0-16.0; the upper layer 4 containing nitride or carbonitride of the titanium and chromium compounds in their ratio, wt.%: titanium 91.5-93.5, chromium 6.5-8.5.

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 катодами, материалы 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-milling plates pre-cleaned of contaminants made of MK8 hard alloy were placed in the chamber of the Bulat-6T installation with cathodes installed in it, the 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.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при симметричном торцовом фрезеровании заготовок из стали 5ХНМ на станке 6Р12. Испытывали твердосплавные пластины марки МК8, обработанные по известному и предлагаемому способам. Режимы резания были следующими: скорость резания V=247 м/мин, подача S=0,4 мм/зуб, глубина резания t=1,5 мм, ширина фрезерования В=20 мм. 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 symmetrical face milling of 5XNM steel blanks on a 6P12 machine. Tested carbide inserts grade MK8, processed according to the known and proposed methods. The cutting conditions were as follows: cutting speed V = 247 m / min, feed S = 0.4 mm / tooth, cutting depth t = 1.5 mm, milling width B = 20 mm. For the wear criterion, the value of the chamfer of wear along the rear surface h ₃ = 0.4 mm was taken.

В табл.1 приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.Table 1 shows the test results of RI with the obtained coatings.

Результаты испытаний РИ с покрытиемCoated RI Test Results Материал покрытияCoating material Химический состав слоев покрытия (соотношение металлических компонентов), % маc.The chemical composition of the coating layers (ratio of metal components),% wt. Микротвердость, ГПаMicrohardness, GPa Стойкость, минResistance, min ПримечаниеNote 1 слой1 layer 2 слой2 layer 3 слой3 layer TiTi ZrZr CrCr TiTi ZrZr CrCr TiTi CrCr TiNTiN -- 29,229.2 4545 АналогAnalogue TiCrZr-TiCrZrN-TiCrNTiCrZr-TiCrZrN-TiCrN 8181 14fourteen 55 7676 14fourteen 1010 92,592.5 7,57.5 38,438,4 248248 ПрототипPrototype TiCrZrN-TiCrZrN-TiCrNTiCrZrN-TiCrZrN-TiCrN 8282 14fourteen 4four 7777 14fourteen 99 93,593.5 6,56.5 39,239.2 285285   8383 1212 55 7878 1212 1010 92,592.5 7,57.5 39,739.7 297297   8181 14fourteen 55 7676 14fourteen 1010 92,592.5 7,57.5 40,040,0 304304   7979 1616 55 7474 1616 1010 92,592.5 7,57.5 39,639.6 297297   8080 14fourteen 66 7575 14fourteen 11eleven 91,591.5 8,58.5 39,139.1 286286   TiCrZrCN-TiCrZrCN-TiCrCNTiCrZrCN-TiCrZrCN-TiCrCN 8282 14fourteen 4four 7777 14fourteen 99 93,593.5 6,56.5 45,645.6 318318   8383 1212 55 7878 1212 1010 92,592.5 7,57.5 46,146.1 332332   8181 14fourteen 55 7676 14fourteen 1010 92,592.5 7,57.5 46,646.6 347347   7979 1616 55 7474 1616 1010 92,592.5 7,57.5 46,246.2 336336   8080 14fourteen 66 7575 14fourteen 11eleven 91,591.5 8,58.5 45,745.7 321321  

Как видно из приведенных в табл.1 данных, стойкость пластин с предложенными многослойными покрытиями повышается в 1,15-1,40 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 1.15-1.40 times compared 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 combination 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 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 использован нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении, мас.%: титан 78,0-86,0, хром 4,0-6,0, цирконий 12,0-16,0, в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении, мас.%: 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, мас.%: титан 91,5-93,5, хром 6,5-8,5.

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, chromium and zirconium at their ratio, wt.%: Titanium 78.0-86 , 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, wt.%: Titanium 73.0-81.0 , chromium 9.0-11.0, zirconium 12.0-16.0, as the top - nitride or carbonitride compounds Titan and chromium in a ratio, wt.%: 91,5-93,5 titanium, chromium 6.5-8.5.