Режущая пластина

Решение относится к области машиностроения, в частности, к металлообрабатывающему инструменту, состоящему из режущей пластины из спеченного твердого сплава с износостойким покрытием. Предложено в режущей пластине, содержащей основу из твердого сплава и нанесенное на него покрытие, включающее слои: карбида титана и карбонитрида титана, мягкий слой и наружный слой из наноструктурного нитрида твердого тугоплавкого металла, верхний слой выполнить из наноструктурного нитрида циркония, а мягкий слой из циркония расположить между верхним слоем из наноструктурного нитрида циркония и слоем из карбонитрида титана. Технический результат - повышение износостойкости режущих пластин. 1 с.п. ф-лы, 1 илл.

Решение относится к области машиностроения, в частности, к металлообработке, а именно, к металлорежущему инструменту, который включает режущую пластину из спеченного твердого сплава с износостойким покрытием.

Известны режущие пластины с многослойными покрытиями из тугоплавких соединений (Верещака А.С., Работоспособность инструмента с износостойким покрытием М.: Машиностроение, 1993. - 336 с.), в частности, двухслойное покрытие TiC+Ti(CN), т.е. из карбидов титана и карбонитридов титана. Покрытие позволяет повысить работоспособность режущей пластины до 23 раз при обработке конструкционных сталей, чугунов. Такие покрытия наносят осаждением из газовой фазы толщиной 56 мкм. Недостатком такой пластины является образование между подложкой и нижним слоем покрытия хрупкой фазы, что способствует отслаиванию покрытия и снижению износостойкости режущих пластин

Известен режущий инструмент (патент РФ на полезную модель 97084, D27G 15/00, С23С 14/32, опубл. 27.08.2010), содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионоплазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют нитрид или карбонитрид соединения титана, хрома и циркония при их соотношении масс.%: 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, масс.%: 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.

Однако выполнение такого покрытия трудоемко и едва ли осуществимо практически

В качестве прототипа принята режущая пластина, где осаждение покрытия проводят как газофазным методом (CVD), так и физическим методом (PVD), в частности конденсацией с ионной бомбардировкой частицами из тугоплавких металлов (метод КИБ). Режущая пластина имеет покрытие Cr-TiC-Ti(CN)-TiN (хром-карбид титана-карбонитрид титана-нитрид титана) Мягкий слой, из хрома осаждается методом КИБ, верхний слой из нитрида титана (TiN) также осаждают методом КИБ с зернами порядка ~30 нанометров, т.е. он является наноструктурным (см. О.В.Волхонский, Н.В,Блинков и др. Влияние наноструктурного финишного слоя TiN в комбинированных PVD/CVD/PVD покрытиях на свойства режущего инструмента / Труды международной научно-технической конференции <Нанотехнологии функциональных материалов> С.Петербург, 2010).

Данная режущая пластина позволяет повысить износостойкость в 1,52 раза по сравнению с режущей пластиной с покрытием TiC-Ti(CN). Это связано с отсутствием хрупкой h фазы и с формированием верхнего наноструктурного слоя.

Недостатком такого вида режущей пластины является низкий прирост износостойкости. Это связано с тем, что, как показало наше исследование, разрушение покрытия происходит путем его растрескивания, которое начинается с верхних слоев и трещины прорастают в подложку. При этом образуется сетка микротрещин, а отрыв частиц покрытия происходит из-за адгезии с обрабатываемым металлом. При отрыве частиц покрытия обнажается основа (подложка) из твердого сплава. Поэтому необходимо

повышать, прежде всего, трещиностойкость верхних слоев покрытия режущей пластины, которые растрескиваются с самого начала резания. Этот недостаток особенно сильно проявляется при обработке нержавеющих и титановых сплавов.

Он устраняется предлагаемым решением.

Ставится задача совершенствования режущих пластин с покрытием.

Технический результат - повышение износостойкости режущих пластин.

Этот технический результат достигается тем, что в режущей пластине, содержащей основу из твердого сплава и нанесенное на него покрытие, включающее слои: карбида титана, карбонитрида титана, верхний слой из наноструктурного нитрида твердого тугоплавкого металла, мягкий слой из чистого металла, верхний слой выполнен из наноструктурного нитрида циркония, а мягкий слой выполнен из циркония и расположен между верхним слоем из наноструктурного нитрида циркония и слоем из карбонитрида титана.

Осаждение мягкого слоя из чистого циркония и верхнего слоя покрытия из наноструктурного нитрида циркония повышает жаростойкость и трещиностойкость покрытия, а следовательно, и износостойкость режущей пластины за счет уменьшения отрыва частиц покрытия. Преимущество предлагаемой режущей пластины достигается тем, что мягкий слой уменьшает процесс трещинообразования наружного наноструктурного покрытия из нитрида титана и залечивает дефекты нижнего слоя из карбонитрида титана, что препятствует распространению трещин к подложке.

Данный эффект особенно является значительным при резании нержавеющих и коррозионноустойчивых сталей и сплавов.

Предлагаемая режущая пластина приведена на чертеже. Она содержит основу 1 из твердого сплава, на которую нанесены слой 2 из карбида титана, слой 3 из карбонитрида титана, слой 4 из циркония и слой 5 из наноструктурного нитрида циркония.

Пример реализации режущей пластины.

Изготавливали режущие пластины, где на основу (подложку) из твердого сплава ТТ10К8Б методом CVD осаждали слоистые покрытия TiC-Ti(CN) по 2 мкм, а затем методом КИБ (в установке ННВ) осаждали мягкий слой из циркония толщиной 1 мкм и испаряли катод из циркония в среде азота, формируя нитрид циркония ZrN толщиной 1-1,5 мкм с размером зерен порядка 3050 нанометров.

Осуществляли точение нержавеющей стали Х18Н9Т. Режим резания: скорость резания V=60 м/мин, глубина резания t=2 мм, подача - S=0,21 мм/об. Определяли Т - время резания при достижении износа режущей пластины по задней поверхности h₃=0,4 мм. Испытаниям подвергали четырехгранные режущие пластины и режущие пластины по прототипу. Результаты испытаний приведены в таблице. таблица

По результатам испытаний режущих пластин, приведенных в таблице, видно, что предлагаемая режущая пластина, содержащая в верхнем слое покрытия нитрид циркония и мягкий слой из чистого циркония между ним и карбонитридом титана, обеспечивает повышение износостойкости свыше 2-х раз.

Режущая пластина, содержащая основу из твердого сплава и нанесенное на него покрытие, включающее слои: карбида титана, карбонитрида титана, слой из металла и наружный слой из наноструктурного нитрида твердого тугоплавкого металла, отличающаяся тем, что наружный слой выполнен из наноструктурного нитрида циркония, а слой из металла выполнен из циркония и расположен между верхним слоем из наноструктурного нитрида циркония и слоем из карбонитрида титана.