Способ газового азотирования твердосплавных пластин

Авторы патента:

C23C11/14 - Покрытие металлических материалов; покрытие других материалов металлическим материалом (металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной металлизацией D06Q 1/04); химическая обработка поверхности; диффузионная обработка металлического материала; способы покрытия вакуумным испарением, распылением, ионным внедрением или химическим осаждением паров вообще (для специфических целей см. соответствующие классы, например для производства резисторов H01C 17/06); способы предотвращения коррозии металлического материала, образования накипи или корок вообще (обработка металлических поверхностей или покрытие металлов электролитическим способом или способом электрофореза C25D,C25F)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) С 23 С 11 14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3372128/22-02 (22) 23.12.81 (46) 30.09.83. Бюл. У 36 (72) Г. С. Овсепян (71) Армянский научно-исследовательский конструкторско-технологический институт машиностроения (53) 621.785 ° 532(088.8) (56) 1. Заявка Японии Г 53-32348, кл. С 23 С 11/14, 1978.

2. Заявка ФРГ М 2113853, кл. С 23 С 11/08, 1973.

„„SU„„1044676 A (54) (57) СПОСОЬ ГАЗОВОГО АЗОТИРОВАНИЯ

ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН, включающий нагрев до 1000-1200 С в азотосодержащей атмосфере, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью увеличения иэносостойкости пластин, нагрев осуществляют со скоростью 1,3-1,5 град/с, а охлаждение

0,4-0,5 град/с.

104467

Изобретение относится к химикотермической обработке режущих пластин из твердых сплавов, в частности титановольфрамовых режущих пластин.

Известен способ азотирования в

5 чистом азоте иэделий из сплавов на основе карбида вольфрама составов,4:

TiC l0,5; Со 9; ТаС 7; WC остальное и 2 ) Со 13; 9!С остальное, при температуре азотирования 1100-1200 С и вре-ip мени обработки 2-3 ч. Микротвердость изделий после обработки увеличивается на 200-600 единиц, износ изделий первого состава при 2,7 км составляет 1/5 часть, при 3 км 1/15 часть (1 .is

Недостатком указанного способа является то, что при аэотировании в среде чистого азота оксидные пленки с поверхности твердого сплава не удаляются и на поверхности твердосплавных пластин образуется хрупкий нитрид" ный слой, износостойкость которого на 25-3(Ц ниже, чем износостойкость диффузионного нитридного слоя, получаемого предлагаемым споообом. Кроме того, этот способ не уменьшает термические микронапряжения, существующие в твердых сплавах и влияющие на величину иэносостойкости.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения прочно сцепляющих покрытий из нитрида и карбонитрида титана на твердосплавных изделиях. йзотирование твердосплавных пластин проводят при 950-1200 С, давлении 50-800 торр в атмосфере азот: во- i35 дород при соотношении равном 3:1. Тол» щина полученного слоя равна 3-50 мкм

Е23.

Недостатком известного способа являу ется невысокая износостойкость покрытий иэ-за недостаточно прочного слоя. из нитрида титана. Высокие термические микронапряжения, существующие в твердом сплаве эа счет большой разницы цементирующей и карбид- 45 ных Фаэ, ухудшают Физико-механические характеристики твердого сплава, в частности в процессе резания появля ется выкрашивание по задней грани инструмента.

Цель изобретения - увеличение износостойкости твердосплавных пластин, Для достижения поставленной цели согласно способу газового азотирования твердосплавных пластин, включающему нагрев до 1000-1200 С в аэото(Р содержащей атмосфере, выдержку и охлаждение нагрев осуществляют со ско6 а ростью 1,3-1,5 град/с, а охлаждение

0,4-0,5 град/с.

Процесс проводят при соотношении азот : окись углерода : водород равном 1:0 33 0,8 при 1000-1200 С.

Предлагаемый способ азотирования более интенсивен в связи с тем, что присутствующая в газовой атмосфере окись углерода при,высоких температурах взаимодействует со свободным ти", таном на поверхности твердосплавных пластин, образуя. карбид титана, который,в свою очередь, с азотом допол" .нительно образует нитрид титана, способствуя образованию диффузионного износостойкого плотного слоя.

Состав газовой атмосферы способствует восстановлению оксидных пленок на поверхности таердосплавных пластин, что интенсифицирует процесс проникновения нитридного слоя в твердосплавную пластину.

Способ осуществляют следующим образом.

Режущие пластины из твердого сплава ТК помещают на сетку конвейера конвейерной печи марки КВП-60Е, имеющей зону нагрева и зону охлаждения °

В камеру печи подают газовую смесь через специальную установку марки

ЭН-60-М01 при соотношении азот : окись углерода : водород, равном 1:0,33:0,8.

Пластины перемещают в зону нагрева, где их нагревают до 1000-1200 С в азотосодержащей атмосфере со ско- . ростью 1,3-1,5 град/с и выдерживают при температуре нагрева 10-15 мин.

Затем пластины перемещают в зону ox" лаждения„ где их охлаждают до 150200 С со скоростью 0,4"0,5 град/с. On. тимальные скорость нагрева, скорость охлаждения и выдержку в азотосодержащей атмосфере получают путем варьирования скорости передвижения кон" вейера.

Весь процесс азотирования длится

60 мин. Глубина полученного диффузиОннОГО иэнОсостойкого слоя составля ет 25-30 мкм.

Полученный диффузионный слой резко отличается от сердцевины пластинок своим Фаэовым составом и структурой, улучшая эксплуатационные свойства твердосплавных пластин.

Согласно предлагаемому способу в поверхностном слое пластин образуется нитрид кобальта Co>N. При этом меняется кристаллическая структура кобальта -.-гексагональная модифика3 1044676 ция превращается в кубическую. Нит" рид кобальта, обладая в два раза большей микротвердостью по сравнению с кобальтом (микротвердость кобальта

Н (Сц1= 170 кг/мм, микротвердость нит. 5 г рида коЬальта Н (С0 320 кг!мм ), 2 создает более прочйую связь между карбидами, вследствие чего в процессе резания режущие пластины имеют меньшую выкрашиваемость и большую сопротивляемость износу.

Для сравнительного анализа анало" гичные режущие пластины азотируют известным способом. После обработки известным и предлагаемым способами пластины подвергают сравнительным испытаниям. Определяют термические микронапряжения в компонентах твердого сплава, усилие резания (Р.; Р ) и коэффициент трения,,износостойкость режущих пластин.

Пример 1. Йзотируют режущие пластины из твердого сплава Т15К6 (153 TjC, 6В Со, 791 9/C ) нагреванием в ааотосодержащей атмсофере конвейер- ной печи до 1200 С со скоростью

1,3 град/с и выдерживают при этой тем" пературе 15 мин. Затем пластины охлаждают со скоростью 0,4 град/с.

Пример 2. Азотируют режущие пластины из твердого сплава Т15К6 нагреванием в азотосодержащей атмосфере конвейерной печи до 1100 .С со скоростью 1,4 град/с и выдерживают при этой температуре 12 мин. Затем пластины охлаждают со скоростью 35

0,45 град/с.

Пример 3..Азотируют. режущие пластины из твердого сплава Т15К6 нагреванием в азотосодержащей атмосФере конвейерной печи до l000 C со 40 скоростью 1,5 град/с и выдерживают при этой температуре 10 мин. Затем пластины охлаждают со скоростью

0,5 град/с.

Пример 4. Азотируют режущие 45 пластины из твердого сплава Т5К10 53 Т(С, 104 Со, 85/ФС) нагреванием в азотосодержащей атмосфере конвейерной печи до 1200 С со скоростью

1,3 град/с и выдерживают при этой 50 температуре 15 мин. Затем пластины охлаждают со скоростью 0,4 град/с.

1 к-2

Как видно из данных табл. 1, обра" ботка пластин по предлягаемому методу позволяет в твердом сплаве снизить термические микронапряжения на 25"

30 о

Усилия резания определяют с помощью механического универсального ди" намометра УДМ-600, установленного на токарном станке мод. 1К62, Усилия резания Р, Р определяют в следующем интервале параметров:

/ скорость резания Ч= 50; 100; 150;

200; 2501 300 м/мин, подача S

= 0,61 мм/об, глубина резания t

= 1,0 мм резцами Т15К6 и Т5К10, обработанными известным и предлагае,мым способами.

Пример 5. Азотируют режущие пластины из твердого сплава

Т5К10 нагреванием в азотосодержащей о атмосфере конвейерной печи до 1100 С со скоростью 1,4 град/с и выдерживают при этой температуре 12 мин. За"

C тем пластины охлаждают со скоростью

0,45 град/с.

Пример 6. Азотируют режущие пластины из твердого сплава Т5К10 нагреванием в азотосодержащей атмосфере конвейерной печи при 1100 С со скоростью 1,5 град/с и выдерживают при этой температуре 1О мин. Затем пластины охлаждают со скоростью

0,5 град/с.

В табл. 1-6 приведены результаты испытаний режущих пластин, подвергнутых азотированию известным и предлагаемым спосоЬами.

Для определения термических микронапряжений в фазах С и .(Т, Ж С сплавов ТК применяют метод .наклонных съемок оЬразцов на дифрактометре

УРС-50 ИИ.

Микронапряжения в %С-фазе определяют по смещению линии при съемке FeK излучений. Чтобы исключить действие коЬальтовой фазы на карбид вольфрама, из сплава электролитически, кипячени" ем в растворе НСМ (1:3 ) удаляют кобальтовую фазу.

Термические микронапряжения вычисляли по формуле где 6 - напряжение поверхности образца; 1=.„, вЂ” относительная деформация решетки в направлении, перпендикулярном поверхности образца; Е, - относитель" ная деформация решетки в направлении, параллельном поверхности образца;

К - коэффициент, учитывающий различную глуЬину проникновения рентгеновских лучей; -- коэффициент Пуансона;

Е вЂ” модуль упругости.

Т а б л и ц а 1

Термические микронапряжения,,Й, кгс/мм .2

Сплав

Предлагаемый по примерам

Известсоб 1 2 3 4 5 6

Фаза WC до удаления из сплава фазы кобапьта

-98 -100 -105

Т15К6

-130

-1i 8

Т5К10

Фаза Ч/С после удаления из сплава фазы кобальта

-73 -59" -62 -65

Т15К6

-52 -56 -60

Т5К10 фаза (W, Т ) С после удаления иэ сплава фазы кббальта и карбида вольфрама

+20 +22 +24

ТТ5К6

Т5К10

+23

+14 +17 +18

10446

Как видно из данных табл. 2 и 3„ усилия резания для пластин; обработанных предлагаемым способом по сравнению с известным способом, ниже на

10-154.

Дпя определения коэффициента тре. ния принят метод, основанный на сравнении сил резания при различных значениях ширины фаски износа.

Как видно из данных табл. 4, ко" 10 эффициент трения твердасплавных пластин, обработанных по предлагаемому способу, ниже.

Испытания по определению иэносо стойкости проводят на токарном станке 1 мод. 1К62 с бесступенчатым регулированием числа оборотов при точении

Ст.45 без охлаждения. Испытуют не" пвретачиваемые трехгранные пластинки твердых сплавов Т15К6 и Т5К10, обработанные по известному и преДлагаемо-! му способам.

Критерием износа служит ширина из-, ношенной фаски по задней грани 1 . =

= 0,4 мм и Ъ = 1,0 мм (чистовая и черновая обработка ); которую измеряют лупой Бринеля. Режимы резания: скорость резания V 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300 м/мин, подача

5 = 11 мм/об, глубина резания

= 1,0 мм.

Как видно из приведенных данных табл. 4, износостойкость пластин, обработанных по предлагаемому cnocoby, на 25"304 выше износостойкости пластин, обработанных по известному.

Таким образом, предлагаемый способ газового азотирования твердосплавных пластин ТК позволяет повысить износостойкость. Производительность процесса 40 кг/ч (4670 шт. в час ).

Экономический эффект от использования изобретения составит 8 млн.

220 тыс.руб. в год.

1044676

Таблица 2

Составляющие силы резания Р> и Р>, кгс

Скорость резания, м/мин

Предлагаемый по примерам

Известный спо соб

1 2 3 1 2 3

Сплав Т15К6

93 . 95

Таблица 3