RU2822379C1 - Способ комплексной ионно-плазменной обработки металлорежущих инструментов из быстрорежущей стали - Google Patents
Способ комплексной ионно-плазменной обработки металлорежущих инструментов из быстрорежущей стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2822379C1 RU2822379C1 RU2024100795A RU2024100795A RU2822379C1 RU 2822379 C1 RU2822379 C1 RU 2822379C1 RU 2024100795 A RU2024100795 A RU 2024100795A RU 2024100795 A RU2024100795 A RU 2024100795A RU 2822379 C1 RU2822379 C1 RU 2822379C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- speed steel
- ion
- coating
- layer
- tool
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 title 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 6
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 8
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 3
- 102220479482 Puromycin-sensitive aminopeptidase-like protein_C21D_mutation Human genes 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynechromium Chemical compound [Cr]#N CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу комплексной ионно-плазменной обработки металлорежущих инструментов из быстрорежущей стали. Указанный способ включает очистку, нагрев поверхности упомянутого инструмента до температуры насыщения быстрорежущей стали и ионное азотирование в азотсодержащем газе. Ионное азотирование проводят при температуре 450-480°С и давлении 1·10-3-1·10-2 Па. Затем наносят многослойное композиционное покрытие системы TiAl-TiAlN, состоящее из адгезионного слоя Ti, переходного слоя TiAl и функционального слоя TiAlN, в едином технологическом цикле. Обеспечивается повышенная адгезия покрытия и увеличение износостойкости поверхности режущего инструмента. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента металлорежущего инструмента.
Известен способ упрочнения инструмента, по которому перед ионным азотированием и после него дополнительно проводят обработку инструментальной основы аргоновой плазмой тлеющего разряда, что сначала позволяет удалить тонкий дефектный поверхностный слой, тем самым улучшая условия азотирования снижением неблагоприятных растягивающих остаточных напряжений в поверхностном слое инструмента, а после азотирования позволяет выполнить тщательное ионное травление поверхности основы, освободив ее от тонкого (толщиной около 1 мкм) слоя нитридов и следов окислов, возникающих в процессе азотирования и обуславливающих из-за своей химической инертности ухудшение адгезии покрытия к основе. Затем после переноса изделия в камеру ионно-плазменного нанесения и после очистки и нагрева основы выполняют осаждение многослойного покрытия из нитрида титана или подобных соединений. Способ комплексной обработки существенно повышает надежность и сопротивление инструмента знакопеременным нагрузкам, возникающим в процессе резания (RU №2026419 C1, МПК C21C 14/38, опубл. 09.01.1995).
Недостатком способа является то, что ионное азотирование и нанесения покрытия происходят в раздельном процессе, что увеличивает время обработки и снижает адгезионную прочность покрытия к поверхности инструмента за счет образования оксидов после азотирования.
Известен способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали, включающий в себя объемную термообработку, состоящую из закалки и низкотемпературного отпуска, упрочнение рабочих поверхностей инструмента лазерной закалкой, кратковременный отпуск путем нагрева инструмента в печи в течение от 3 до 5 минут при температуре от 550 до 560°С и чистовую механическую обработку оплавленных поверхностей. (RU №2620656 C1, МПК C21D 9/22, C21D 1/09, опубл. 29.05.2017).
Недостатком известного способа является большая длительность обработки, связанная с выполнением нескольких операций.
Известен способ нанесения покрытия на поверхность стального изделия, включающий в себя ионную очистку поверхности изделия и вакуумной камеры в среде инертного газа, ионное травление и ионно-плазменное азотирование поверхности изделия, нанесение покрытия методом физического осаждения из паровой фазы. Ионное травление и азотирование поверхности изделия проводят одновременно с использованием дуальной магнетронной распылительной системы в качестве источников аргоновой плазмы с увеличенной плотностью потока ионов на изделии при нагреве изделия до температуры 370-430°С с одновременной подачей газа азота. Нанесение покрытия методом физического осаждения из паровой фазы проводят последовательным чередованием микрослоя из хрома общей толщиной 0,5-1,5 мкм и микрослоя из нитрида хрома общей толщиной 2-3 мкм до получения покрытия общей толщиной 5-30 мкм (RU №2660502 C1, МПК C23C 14/06, C23C 14/48, опубл. 06.07.2018).
Однако известный способ не обеспечивает требуемое качество покрытия в связи с низкой температурой процесса азотирования.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ ионно-плазменной обработки поверхности металлорежущего инструмента, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали. Способ включает очистку, нагрев поверхности инструмента до температуры насыщения порошковой быстрорежущей стали, ионное азотирование в атмосфере азота или в азотсодержащем газе и нанесение сложнолегированного покрытия из нитридов тугоплавких металлов. Очистку проводят с прогревом поверхности инструмента до 220-260°С, нагрев поверхности инструмента до температуры насыщения порошковой быстрорежущей стали проводят таким образом, чтобы она не превышала температуру отпуска стали, а после азотирования проводят ионное травление в течение 5-7 мин. (RU №2413793, МПК C23C 26/00, C23C 14/06, опубл. 10.03.2011).
Недостатком способа, принятого за прототип, является то, что нанесение покрытия осуществляется при помощи составного катода, что повышает сложность процесса обработки, за счет трудности его изготовления.
Технический результат заключается в повышении физико-механических свойств инструмента путем азотирования плазменным источником с накальным катодом и последующим нанесением композиционного многослойного покрытия в едином технологическом цикле.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе комплексной ионно-плазменной обработки металлорежущих инструментов из быстрорежущей стали, включающем нагрев поверхности инструмента до температуры насыщения быстрорежущей стали, ионное азотирование в азотсодержащем газе, в отличие от прототипа ионное азотирование проводят при температуре 450-480°С и давлении 1⋅10-3 - 1⋅10-2 Па, после чего наносят многослойное композиционное покрытие системы TiAl/TiAlN, состоящее из адгезионного слоя Ti, переходного слоя TiAl и функционального слоя TiAlN, в едином технологическом цикле.
Способ осуществляют следующим образом:
В вакуумной камере устанавливают предварительно обезжиренный обрабатываемый металлорежущий инструмент из быстрорежущей стали, например метчик из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление равное 1⋅10-3 - 1⋅10-2 Па. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar. Следующим этапом формируют диффузионный слой в среде азотосодержащего газа, например, в смеси газов Ar/N2 при температуре 450-480°С. Далее, при том же давлении наносят многослойное композиционное покрытие TiAl/TiAlN, состоящее из адгезионного слоя Ti, переходного слоя TiAl и функционального слоя TiAlN. В отличие от известных способов, весь процесс обработки осуществляют в одной вакуумной камере, не извлекая обрабатываемого инструмента, в едином технологическом цикле. Предложенные режимы обработки обеспечивают повышенную адгезию покрытия и увеличение износостойкости поверхности. Процесс азотирования до температуры ниже 450°С недостаточен для формирования диффузионного слоя, а выше 480°С приводит к разупрочнению поверхности быстрорежущей стали в связи с нарушением структуры поверхностного слоя.
Для проведения сравнительных испытаний на металлорежущий инструмент из быстрорежущей стали Р6М5 было нанесено покрытие по способу, предложенному в прототипе и разработанная, согласно изобретению, комплексная ионно-плазменная обработка. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Технология обработки | Интенсивность изнашивания (мм3 / (Н⋅м)) | Критическая нагрузка разрушения покрытия, Н |
| Обработка по прототипу | 3.81e-5 | 18 |
| Комплексная ионно-плазменная обработка | 2.38e-5 | 22.8 |
Проведенные испытания показывают, что применение комплексной ионно-плазменной обработки в указанных режимах позволяет увеличить адгезию покрытия и износостойкость поверхности по сравнению с нанесением покрытия без предварительного ионного азотирования.
Итак, заявляемое изобретение позволяет обрабатывать металлорежущие инструменты из быстрорежущей стали и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента металлорежущего инструмента.
Claims (1)
- Способ комплексной ионно-плазменной обработки металлорежущих инструментов из быстрорежущей стали, включающий очистку, нагрев поверхности упомянутого инструмента до температуры насыщения быстрорежущей стали и ионное азотирование в азотсодержащем газе, отличающийся тем, что ионное азотирование проводят при температуре 450-480°С и давлении 1·10-3–1·10-2 Па, после чего наносят многослойное композиционное покрытие системы TiAl-TiAlN, состоящее из адгезионного слоя Ti, переходного слоя TiAl и функционального слоя TiAlN, в едином технологическом цикле.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2822379C1 true RU2822379C1 (ru) | 2024-07-04 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2599285A1 (fr) * | 1986-05-28 | 1987-12-04 | Instr I | Revetement resistant a l'usure pour outils de coupe et procede d'application dudit revetement. |
| WO2007136777A2 (en) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | G & H Technologies Llc | Wear resistant coating |
| RU2413793C2 (ru) * | 2009-06-10 | 2011-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Способ ионно-плазменной обработки поверхности металлорежущего инструмента, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали |
| RU2694857C1 (ru) * | 2018-08-06 | 2019-07-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ нанесения износостойкого покрытия ионно-плазменным методом |
| RU2745919C1 (ru) * | 2019-11-18 | 2021-04-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали |
| RU2756960C1 (ru) * | 2020-11-03 | 2021-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2599285A1 (fr) * | 1986-05-28 | 1987-12-04 | Instr I | Revetement resistant a l'usure pour outils de coupe et procede d'application dudit revetement. |
| WO2007136777A2 (en) * | 2006-05-17 | 2007-11-29 | G & H Technologies Llc | Wear resistant coating |
| RU2413793C2 (ru) * | 2009-06-10 | 2011-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Способ ионно-плазменной обработки поверхности металлорежущего инструмента, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали |
| RU2694857C1 (ru) * | 2018-08-06 | 2019-07-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ нанесения износостойкого покрытия ионно-плазменным методом |
| RU2745919C1 (ru) * | 2019-11-18 | 2021-04-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали |
| RU2756960C1 (ru) * | 2020-11-03 | 2021-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4337300A (en) | Surface-coated blade member for cutting tools and process for producing same | |
| JPH0726381A (ja) | 基体表面被覆方法及び被覆部材 | |
| CN111349901B (zh) | 一种切削刀具用耐高温氧化铝厚膜涂层的制备方法 | |
| CN105132876B (zh) | 一种钢制齿轮的表面复合处理方法 | |
| Sharipov et al. | Increasing the resistance of the cutting tool during heat treatment and coating | |
| JPH0598422A (ja) | イオン窒化〜セラミツクスコーテイング連続処理方法 | |
| CN107873064A (zh) | 通过使用基于氮化钼的涂层的磨损和/或摩擦减少 | |
| KR101680864B1 (ko) | 내식성 금속 산화물층이 도입된 철계 기재의 세라믹 코팅방법 | |
| RU2822379C1 (ru) | Способ комплексной ионно-плазменной обработки металлорежущих инструментов из быстрорежущей стали | |
| CN107354437B (zh) | 一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层 | |
| Sagalovych et al. | Vacuum-plasma protective coating for turbines blades. | |
| RU2260632C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
| RU2413793C2 (ru) | Способ ионно-плазменной обработки поверхности металлорежущего инструмента, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали | |
| CN108315737A (zh) | 一种基于切削刀具的复合涂层制备工艺 | |
| CN117089804A (zh) | 复合涂层及其制备方法和涂层丝锥 | |
| CN114207177B (zh) | 具有增强的性能和延长的使用寿命的涂覆成形工具 | |
| EP1491643B1 (en) | Heat treatment for workpieces | |
| CN114703457A (zh) | 一种高强度钢表面无氢脆性镀层制品及其制备方法 | |
| CN105112884B (zh) | 一种铝合金空心管挤出模具的pcvd表面处理方法 | |
| JPS63166957A (ja) | 表面被覆鋼製品 | |
| RU2781583C1 (ru) | Способ нанесения покрытия на металлорежущий инструмент | |
| JP5676854B2 (ja) | 硬質皮膜被覆部材およびその製造方法 | |
| RU2745919C1 (ru) | Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали | |
| JPS6242995B2 (ru) | ||
| RU2782102C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Ti-Al, СИНТЕЗИРОВАННОГО В СРЕДЕ АЗОТА И АЦЕТИЛЕНА |