Режущий инструмент с многослойным покрытием

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и предназначена для получения износостойких покрытий на режущем инструменте в инструментальном производстве. Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента. Предлагается режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из быстрорежущей стали и нанесенное на нее двухслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, отличающийся тем, что покрытие состоит из нижнего слоя нитрида титана и железа и верхнего слоя карбонитрида титана и железа.

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.

Известен режущий инструмент с износостойким ионно-плазменным покрытием TiN, содержащим один слой толщиной 3-8 мкм (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте многослойное покрытие наносится методом ГТ ВНИИТС (в соответствии с технологией химического осаждения покрытия из газовой фазы) (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252). Недостатками метода ГТ является то, что процесс нанесения осуществляется при температурах, не позволяющих упрочнять инструмент из быстрорежущей стали; прочность инструмента с покрытием имеет достаточно широкий разброс значений (то есть технологии присуща нестабильность прочностных параметров продукции - инструмента с покрытием).

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 из быстрорежущей стали и нанесенное на нее двухслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие,

состоящее из внешнего слоя нитрида титана TiN и нижнего слоя нитрида титана и железа TiFeN (см. Рандин А.В. Повышение работоспособности быстрорежущего инструмента путем нанесения износостойких покрытий с переходными адгезионными слоями. Дисс...канд. техн. наук., - Ульяновск. - 2003. - 190 с.), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с многослойным покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном режущем инструменте многослойное покрытие обладает низкими физико-механическими свойствами и слабой связью между слоями.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается следующим. Возрастают физико-механические свойства (микротвердость и прочность сцепления с основой) композиции за счет того, что в качестве верхнего слоя наносится сложноленированный материал - карбонитрид титана, обладающий высокими микротвердостью и остаточными сжимающими напряжениями, а в качестве внутреннего слоя нитрид титана и железа - соединение, обладающее хорошей адгезией с инструментальным материалом.

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 многослойным покрытием, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "новизна".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Предлагаемое многослойное ионно-плазменное покрытие 1 с нижним слоем нитрида титана и железа TiFeN 3 и верхним - карбонитрида титана и железа TiFeCN 2 наносится методом конденсации вещества из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой (метод КИБ) на режущий инструмент 4 из быстрорежущей стали.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Предварительно очищенные от загрязнений инструменты, изготовленные из быстрорежущей стали Р6М5, размещали в камере установки "Булат-6Т" с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при токарной обработке заготовок из стали 5ХНМ на станке 1К62. Режимы резания были следующими: скорость резания V=40-60 м/мин, подача S=0,15-0,30 мм/об, глубина резания t=0,5 мм. Обработка производилась с СОЖ «Укринол-1». За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности h ₃=0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с предлагаемым многослойным покрытием TiFeN-TiFeCN, к стойкости инструмента с покрытиями TiN и TiFeN-TiN.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием

TiFeN-TiFeCN в 1,8-2,0 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием TiN и в 1,3-1,5 раза выше - по сравнению с TiFeN-TiN.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с многослойным 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;

- для заявленного режущего инструмента с многослойным 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;

- средство, воплощающее заявленную полезная модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "промышленная применимость".

Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из быстрорежущей стали и нанесенное на нее двухслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, отличающийся тем, что покрытие состоит из нижнего слоя нитрида титана и железа и верхнего слоя карбонитрида титана и железа.