RU27090U1

RU27090U1 - WEAR-RESISTANT COATING

Info

Publication number: RU27090U1
Application number: RU2002119864/20U
Authority: RU
Inventors: В.П. Табаков; Н.А. Ширманов; М.Ю. Смирнов; А.А. Ермолаев
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2003-01-10

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).Wear-resistant coating containing two layers, characterized in that the upper layer consists of complex titanium nitride and aluminum ((Ti, Al) N), and the lower layer is made of titanium nitride (TiN).

Description

ИЗНОСОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕWEAR-RESISTANT COATING

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к обработке металлов резанием и может быть использована на операциях точения заготовок из различных материалов.The utility model relates to mechanical engineering, namely to the processing of metals by cutting and can be used in the operations of turning blanks of various materials.

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.Known wear-resistant coatings on a cutting tool (RI) made of titanium nitride (TiN) or complex titanium nitride and aluminum ((Ti, AI) N), applied to the working surfaces of the tool by the method of physical deposition of coatings (POP) (see Tabakov V.P. The performance of a cutting tool with wear-resistant coatings based on complex nitrides and titanium carbonitrides. Ulyanovsk: UlSTU, 1998. 122 p.). The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using these coatings are either insufficient adhesion of the coating material and tool base, or insufficient microhardness of the coating, or low resistance to temperature fluctuations. As a result of this, the coating either quickly cleaves off the surface of the tool, is easily subjected to abrasive wear, or cracks quickly nucleate and propagate in it, leading to the destruction of the coating, which reduces the resistance of RS with the coating.

Наиболее близким износостойким покрытием того же назначения к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является двухслойное покрытие, внутренний слой которого состоит из TiCN, аThe closest wear-resistant coating of the same purpose to the claimed utility model in terms of features is a two-layer coating, the inner layer of which consists of TiCN, and

наружный слой из TiN, наносимое методом химического осажденияchemical deposition of a TiN outer layer

покрытий (ХОП) (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.ЗОО), принятое за прототип.coatings (OCP) (see. A. Vereshchak. The operability of the cutting tool with wear-resistant coatings. M .: Mashinostroenie, 1993. S.ZOO), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного износостойкого покрытия, принятого за прототип, относится то, что в известном покрыМПК С23С14/00 The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the well-known wear-resistant coating adopted as a prototype include the fact that in the well-known MPC C23C14 / 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.the type of upper layer (TIN) has a relatively low microhardness, and the lower (TiCN) insufficient adhesion with the instrumental matrix. In addition, there is a big difference between the residual stresses in the coating and the tool base, which causes premature chipping of the coating from the working surfaces of the tool. As a result, the coating poorly resists abrasive wear, which leads to destruction of the coating and a decrease in the resistance of radiation sources.

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.Recently, the increase in the cost of metal-cutting tools and stricter requirements for the accuracy of machined parts have made the problem of increasing the resistance of radiation sources even more urgent. One of the ways to increase the durability and performance of coated RIs is by applying multilayer coatings. The presence in the coating of layers with certain thermophysical and mechanical properties makes it possible to inhibit the processes of coating destruction without reducing the microhardness, to improve the thermal stress state of RS with a coating, and to increase the resistance of RS.

Технический результат - повышение работоспособности РИ и качества обработки.The technical result is an increase in the health of the Republic of Ingushetia and the quality of processing.

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.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that the wear-resistant coating is multilayer. A feature of the claimed utility model is that the upper layer consists of (Ti, AI) N, providing high microhardness and diffusion resistance of the multilayer composition, and the lower layer, TIN, which is softer, has a lower level of residual compressive stresses compared to (Ti, AI) N and has good adhesion to tool material.

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.The inventive utility model contains a wear-resistant coating 1 applied to a cutting tool 2, consisting of two layers. The lower layer 3 consists of TiN, and the upper layer 4 consists of (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.The invention consists in the following. In the process of continuous cutting, which is turning, the tool is more exposed to abrasive and diffusive wear. The cutting zone is characterized by a constant high temperature. Therefore, the coating 1 applied to RI 2 should provide high hardness and maintain it at high temperatures. In addition, the coating should impede the diffusion of atoms of the material being processed and should not spall from the working surfaces of radiation sources. As a result, the upper coating layer 4 should have the highest microhardness and good diffusion resistance, and the lower layer 3 should have the best adhesion with the tool material and the material of the upper layer. The mechanical properties of single-layer coatings are given in table. 1.

Механические свойства однослойных покрытийMechanical properties of single-layer coatings

1. Инструментальный материал - ВК6.1. Tool material - VK6.

Для экспериментальной проверки заявленной полезной модели было нанесено покрытие-прототип с соотношением слоев, указанным в известном износостойком покрытии, а также предлагаемое двухТаблица 1For experimental verification of the claimed utility model, a prototype coating was applied with the ratio of the layers indicated in the known wear-resistant coating, as well as the proposed two. Table 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.ply coating. Coatings were applied to carbide plates in the vacuum chamber of the Bulat-6T installation, equipped with three vacuum-arc evaporators located horizontally in the same plane. VT1-0 titanium alloy was used as cathodes of the evaporated metal.

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.Plates with coatings other than those specified in the utility model formula showed lower results. Application as a higher layer of material with a higher hardness led to an increase in the gradient of residual compressive stresses in the coating, thereby adhesion of the upper and inner layers to each other and to the tool base decreased, the coating was more rapidly destroyed during cutting. A decrease in the hardness of the upper layer led to an increase in the abrasive wear of the coating, and, as a result, a decrease in the tool life.

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.As can be seen from the table. 2 data, the resistance of the plates with the proposed coating is higher than the wear resistance of the plates with the prototype coating by 1.5 - 1.7 times. Thus, the proposed coating can increase the wear resistance of tools and reduce the consumption of tool materials, which increases the efficiency of the use of tools with coatings.

Результаты испытаний РИ с покрытиемCoated RI Test Results

Таблица 2table 2

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного износостойкого покрытия на РИ следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed wear-resistant coating on RI:

-Износостойкое покрытие, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно, в металлообработке на операциях точения;- Wear-resistant coating embodying the claimed utility model in its implementation, is intended for use in industry, namely, in metal processing for turning operations;

-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;- for the declared wear-resistant coating in the form described in the independent clause of the stated utility model formula, the possibility of its implementation using known means and methods prior to the priority date is confirmed;

-износостойкое покрытие, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- wear-resistant coating embodying the claimed utility model in its implementation is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость.Therefore, the claimed utility model meets the condition of "industrial applicability.

ujimiifujimiif

Claims

Wear-resistant coating containing two layers, characterized in that the upper layer consists of complex titanium nitride and aluminum ((Ti, Al) N), and the lower layer is made of titanium nitride (TiN).