Режущая пластина

Полезная модель относится к металлообработке.. Предложена режущая пластина, в которой на основу из твердого сплава нанесены слои: нижний из нитридов титана и нитридов титана и нитридов алюминия, мягкий слой из циркония расположен между верхним слоем из наноструктурного нитрида циркония и нитрида молибдена и слоем из карбонитрида титана. Технический результат - повышение износостойкости режущих пластин при обработке нержавеющих и коррозионноустойчивых сталей и сплавов. 1 с.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к металлообработке.

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.

Известна 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 с покрытием Cr-TiC-Ti(CN)-TiN. Мягкий слой, из хрома осаждается методом КИБ, верхний слой из нитрида титана (TiN) также осаждают методом КИБ с зернами порядка ~30 нанометров, т.е. 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). - прототип.

Данная режущая пластина с покрытием Cr-TiC-Ti(CN)-TiN позволяет повысить износостойкость в 1,52 раза по сравнению с режущей пластиной с покрытием TiC-Ti(CN).

Недостатком такого вида режущей пластины является низкий прирост износостойкости. Это связано с тем, что, как показало наше исследование, разрушение покрытия происходит путем его растрескивания, 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 как прочность сцепления нижнего слоя покрытия с твердосплавной основой, так и трещиностойкость верхних слоев покрытия режущей пластины, которые растрескиваются с самого начала резания. Поэтому мягкий слой следует располагать перед верхним слоем покрытия. Кроме того, недостатком такого вида пластин является низкая износостойкость при обработке нержавеющих и коррозионноустойчивых сталей и сплавов. Дело в том, что при их резании наблюдаются более высокие температуры, чем при обработке конструкционных сталей. Верхний слой из нитридов титана не обеспечивает такие требования.

Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.

Решаемая задача - совершенствование структуры покрытия режущих пластин..

Технический результат - повышение износостойкости режущих пластин при обработке нержавеющих и коррозионноустойчивых сталей и сплавов.

Этот технический результат достигается за счет осаждения на основу нижнего слоя покрытия из нитридов титана и алюминия, а верхнего слоя из наноструктурного нитрида циркония и молибдена и мягкого слоя циркония между ним и карбонитридом титана.

Осаждение мягкого слоя из чистого циркония и верхнего слоя покрытия из наноструктурного нитрида циркония и молибдена повышает жаростойкость и трещиностойкость покрытия, а нижнего слоя из нитридов титана и алюминия, позволяет исключить образование хрупкой фазы и повысить прочность сцепления нижнего слоя с твердосплавной основой, а следовательно, и износостойкость режущей пластины в целом за счет уменьшения отрыва частиц покрытия.

Предлагаемая режущая пластина приведена на чертеже. Она содержит основу 1 твердого сплава и нанесенные на нее слои: нижний слой 2 из нитридов титана и нитридов алюминия, слой 3 из карбонитрида титана, мягкий слой 4 из циркония и верхний слой 5 из наноструктурного нитрида циркония и нитрида молибдена..

Пример осуществления режущей пластины.

Изготавливали режущие пластины, где на основу (подложку) из твердого сплава ТТ10К8Б осаждали нижние слои покрытия как методом CVD (осаждение из газовой фазы), так и PVD (ионно-плазменное, либо магнетронное напыление) - (TiAi)N и Ti(CN) с толщиной 2,5 мкм, а затем методом КИБ (в установке ННВ) осаждали мягкий слой из циркония толщиной 1 мкм и испаряли два катода из циркония и молибдена в среде азота, формируя нитрид циркония (ZrMo)N толщиной 1-1,5 мкм с размером зерен порядка 3050 нанометров.

Осуществляли точение нержавеющей стали Х18Н9Т. Режим резания: скорость резания V=40 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 hз=0,4 мм. Испытаниям подвергали предлагаемые четырехгранные режущие пластины и режущие пластины по прототипу. Результаты испытаний приведены в таблице.

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

Режущая пластина, содержащая основу из твердого сплава и нанесенное на него покрытие, включающее слой карбонитрида титана, металлический слой и наружный слой из наноструктурного нитрида твердого тугоплавкого металла, отличающаяся тем, что нижний слой выполнен из нитридов титана и нитридов алюминия, металлический слой выполнен из циркония и расположен между наружным слоем из наноструктурного нитрида циркония и нитрида молибдена и слоем из карбонитрида титана.