Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали



Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали
Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали

Владельцы патента RU 2745919:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента инструмента. Способ получения покрытия на поверхности режущей пластины из быстрорежущей стали включает размещение режущей пластины в вакуумной камере установки, в которой размещены источник с накальным катодом и два испарителя в виде однокомпонентных катодов, один из которых выполнен из титана, ионную очистку в среде инертного газа, нагрев поверхности режущей пластины, азотирование в атмосфере азотсодержащего газа, нанесение в среде инертного газа слоя из титана посредством испарителя в виде катода из титана и нанесение покрытия из интерметаллида. Осуществляют нагрев режущей пластины до 450-500°С, азотирование проводят при ассистировании плазменного источника с накальным катодом, а на слой из титана наносят покрытие из интерметаллида на основе титанида. Наносят покрытие из интерметаллида на основе титанида системы Ti-Zr, Ti-Mo, Ti-Cr или Ti-Al. Обеспечивается повышение физико-механических свойств инструмента. 4 з.п. ф-лы, 4 пр., 2 ил.

 

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 инструмента.

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 С1, МПК C21D 9/22, C21D 1/09, 29.05.2017).

Недостатком известного способа является то, что для получения необходимой микротвердости нужно провести множество различных операций.

Известен способ ионно-плазменной обработки, включающий 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. Ионно-плазменную обработку инструмента проводят в едином технологическом цикле. (RU №2241782, МПК С23С 26/00, С23С 14/06, 10.03.2011).

Недостатком известного аналога является водородное охрупчивание и незначительный прирост твердости.

Известен способ вакуумной ионно-плазменной обработки, при котором предварительно очищенные от органических загрязнений детали загружают в камеру, получают в ней рабочий вакуум и проводят ионную очистку в среде инертного газа с помощью источника газовой плазмы на основе дугового разряда с накаленным катодом и вакуумное ионно-плазменное упрочнение. (RU №96117192A, МПК С23С 14/48, 27.11.1998).

Недостатком аналога является то, что деталь перед обработкой недостаточно нагревается.

Известен способ ионно-плазменной обработки стальной поверхности режущего инструмента, при котором инструмент нагревают до температуры 250-350°С и поддерживают ее на всех стадиях обработки. Ионную очистку поверхности ведут при давлении газа не выше 0,01 Па в течение 0,1-0,5 ч путем создания электродугового разряда между эмиссионным катодом и вспомогательным анодом с образованием в межэлектродном пространстве плазмы, подачи отрицательного напряжения 500-1500 В на обрабатываемую деталь с последующей обработкой ее поверхности положительно заряженными ионами. После этого подают положительное напряжение на анод основного разряда, затем отсекают от обрабатываемой поверхности поток ионов металла, исходящий от электродугового разряда, и одновременно пропускают поток электронов на анод основного разряда, возбуждая и поддерживая в камере тлеющий разряд. Подают отрицательное напряжение 200-500 В на обрабатываемый инструмент и ведут азотирование в течение 0,5-2,0 ч при давлении азота или азотсодержащего газа 0,1-1,0 Па. Температуру инструмента при этом поддерживают постоянной в течение всего процесса или меняют периодически в пределах 250-350°С от верхнего значения к нижнему и обратно с цикличностью в пределах 0,25 ч. После азотирования создают в камере давление не более 0,0015 Па. Подают отрицательное напряжение 200-500 В на обрабатываемый инструмент.(RU №2241782, МПК С23С 14/48, 10.12.2004).

Недостатком аналога является недостаточно высокая температура при азотировании, в результате чего не обеспечивается существенное повышение микротвердости инструмента.

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 С23С 26/00, С23С 14/06, 10.06.2009).

Недостатком способа, принятого за прототип, является то, что нанесение покрытия осуществляется при помощи составного катода, что повышает сложность изменения стехиометрического состава, кроме того, катод является сложным в изготовлении и дорогим.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - улучшение качества поверхности и увеличение износостойкости инструмента из быстрорежущей стали.

Технический результат, на решение которого направлено заявляемое изобретение - повышение физико-механических свойств инструмента путем азотирования плазменным источником и последующего нанесения композиционного мультислойного покрытия.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе получения покрытия на поверхности режущей пластины из быстрорежущей стали, включающем размещение режущей пластины в вакуумной камере установки, в которой размещены источник с накальным катодом и два испарителя в виде однокомпонентных катодов, один из которых выполнен из титана, ионную очистку в среде инертного газа, нагрев поверхности режущей пластины, азотирование в атмосфере азотсодержащего газа, нанесение в среде инертного газа слоя из титана посредством испарителя в виде катода из титана и нанесение покрытия из интерметаллида согласно изобретению осуществляют нагрев режущей пластины до 450-500°С, азотирование проводят при ассистировании плазменного источника с накальным катодом, а на слой из титана наносят покрытие из интерметаллида на основе титанида.

Кроме того, могут наносить покрытие из интерметаллида на основе титанида системы Ti-Zr.

Кроме того, могут наносить покрытие из интерметаллида на основе титанида системы Ti-Mo.

Кроме того, могут наносить покрытие из интерметаллида на основе титанида системы Ti-Cr.

Кроме того, могут наносить покрытие из интерметаллида на основе титанида системы Ti-Al.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 показана схема реализации азотирования при помощи плазменного источника с накальным катодом, где 1 - это плазменный источник с накальным катодом, 2 - стенки камеры, 3 - инструмент из быстрорежущей стали, 4 - рабочий стол установки, 5 - накальный катод, 6 - титановый катод, 7 - катод из алюминия/циркония/молибдена/хрома. На фигуре 2 изображена схема нанесения покрытия двумя однокомпонентными катодами, где 1 - это плазменный источник с накальным катодом, 2 - стенки камеры, 3 - инструмент из быстрорежущей стали, 4 - рабочий стол установки, 5 - накальный катод, 6 - титановый катод, 7 - катод из алюминия/циркония/молибдена/хрома.

Примеры конкретной реализации способа

Пример 1. В вакуумной камере устанавливают обрабатываемый инструмент, например, режущую пластину из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 2⋅10-4 мм рт.ст. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar, при этом инструменты нагревают до температуры 450-500°С. Следующим этапом является азотирование плазменным источником с накальным катодом в течение одного часа. Далее, в среде инертного газа при том же давлении наносят первый слой из Ti дуговым испарителем с титановым катодом для лучшей адгезии в течение 5 минут. После этого на поверхности детали формируют фазы интерметаллидов системы Ti-Al в среде инертного газа аргона и реакционного газа азота при давлении 2⋅10-3 мм рт.ст.

Пример 2. В вакуумной камере устанавливают обрабатываемый инструмент, например, режущую пластину из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 2⋅10-4 мм рт.ст. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar, при этом инструменты нагревают до температуры 450-500°С. Следующим этапом является азотирование плазменным источником с накальным катодом в течение одного часа. Далее, в среде инертного газа при том же давлении наносят первый слой из Ti дуговым испарителем с титановым катодом для лучшей адгезии в течение 5 минут. После этого на поверхности детали формируют фазы интерметаллидов системы Ti-Zr в среде инертного газа аргона и реакционного газа азота при давлении 2⋅10-3 мм рт.ст.

Пример 3. В вакуумной камере устанавливают обрабатываемый инструмент, например, режущую пластину из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 2⋅10-4 мм рт.ст. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar, при этом инструменты нагревают до температуры 450-500°С. Следующим этапом является азотирование плазменным источником с накальным катодом в течение одного часа. Далее, в среде инертного газа при том же давлении наносят первый слой из Ti дуговым испарителем с титановым катодом для лучшей адгезии в течение 5 минут. После этого на поверхности детали формируют фазы интерметаллидов системы Ti-Cr в среде инертного газа аргона и реакционного газа азота при давлении 2⋅10-3 мм рт.ст.

Пример 4. В вакуумной камере устанавливают обрабатываемый инструмент, например, режущую пластину из инструментальной стали Р6М5. Затем в камере создают рабочее давление, равное 2⋅10-4 мм рт.ст. На первом этапе проводят ионную очистку в среде инертного газа Ar, при этом инструменты нагревают до температуры 450-500°С. Следующим этапом является азотирование плазменным источником с накальным катодом в течение одного часа. Далее, в среде инертного газа при том же давлении наносят первый слой из Ti дуговым испарителем с титановым катодом для лучшей адгезии в течение 5 минут. После этого на поверхности детали формируют фазы интерметаллидов системы Ti-Mo в среде инертного газа аргона и реакционного газа азота при давлении 2⋅10-3 мм рт.ст.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить физико-механические свойства инструмента путем азотирования плазменным источником и последующим нанесением композиционного мультислойного покрытия.

1. Способ получения покрытия на поверхности режущей пластины из быстрорежущей стали, включающий размещение режущей пластины в вакуумной камере установки, в которой размещены источник с накальным катодом и два испарителя в виде однокомпонентных катодов, один из которых выполнен из титана, ионную очистку в среде инертного газа, нагрев поверхности режущей пластины, азотирование в атмосфере азотсодержащего газа, нанесение в среде инертного газа слоя из титана посредством испарителя в виде катода из титана и нанесение покрытия из интерметаллида, отличающийся тем, что осуществляют нагрев режущей пластины до 450-500°С, азотирование проводят при ассистировании плазменного источника с накальным катодом, а на слой из титана наносят покрытие из интерметаллида на основе титанида.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наносят покрытие из интерметаллида на основе титанида системы Ti-Zr.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наносят покрытие из интерметаллида на основе титанида системы Ti-Mo.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наносят покрытие из интерметаллида на основе титанида системы Ti-Cr.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наносят покрытие из интерметаллида на основе титанида системы Ti-Al.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для вакуумного непрерывного нанесения на движущуюся подложку покрытий, образованных из металла или металлического сплава. Устройство содержит вакуумную камеру, через которую подложка способна перемещаться по заданной траектории движения, при этом вакуумная камера дополнительно содержит центральный корпус, имеющий входное отверстие и выходное отверстия для подложки, расположенные на двух противоположных сторонах центрального корпуса, и устройство для нанесения покрытия струей пара, при этом внутренние стенки центрального корпуса приспособлены для нагревания при температуре выше температуры конденсации паров металла или металлического сплава, пароотделитель в виде внешнего корпуса, размещенного на выходном отверстии для подложки центрального корпуса, при этом внутренние стенки пароотделителя приспособлены поддерживаться при температуре ниже температуры конденсации паров металла или металлического сплава, при этом канал, соединяющий центральный корпус с пароотделителем, снабжен, по меньшей мере, одним тепловым соединителем, который проходит, по меньшей мере, от внутренних стенок центрального корпуса до внутренних стенок пароотделителя.

Группа изобретений относится к устройству для непрерывного вакуумного нанесения на движущуюся подложку покрытий, образованных из металла или металлического сплава, способу нанесения указанных покрытий и комплекту для сборки указанного устройства.
Изобретение относится к способу получения многослойного износостойкого алмазоподобного покрытия в едином вакуумном цикле с заранее заданными свойствами и может быть использовано в тяжелой и легкой промышленности, транспорте для повышения эксплуатационных характеристик изделий и увеличения их ресурса работы, деталей узлов трения, деталей точного машиностроения.

Изобретение относится к получению тонких пленок ферромагнитного полупроводника монооксида европия (EuO) на кремниевой подложке с получением эпитаксиальной гетероструктуры EuO/Si, при этом упомянутые тонкие пленки могут быть использованы в устройствах спинтроники.

Изобретение относится к нанесению износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия.

Предложенная группа изобретений относится к режущему инструменту с покрытием и cпособу его изготовления. Покрытие режущего инструмента включает PVD-слой (A), представляющий собой соединение формулы MexSiyAlzCaNbOc, x+y+z=1, 0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c≤0,2, a+b+c=1, и 0≤x≤1, 0≤y≤0,4, 0≤z≤0,1, или 0≤x≤1, 0≤y≤0,1, 0≤z≤0,75.

Заявленная группа изобретений относится к металлической подложке с покрытием, способу её изготовления и применению упомянутой металлической подложки с покрытием для изготовления автомобильного транспортного средства.

Изобретение относится к устройству и способу нанесения покрытия с подвижной мишенью. Устройство содержит мишень-источник; несущую мишень-источник секцию, выполненную с возможностью переноса и приведения в движение мишени-источника; секцию инфракрасного измерения температуры, выполненную с возможностью измерения температуры поверхности мишени-источника; секцию инфракрасного нагрева, выполненную с возможностью нагрева мишени-источника; секцию управления, выполненную с возможностью приема сигнала измерения от секции инфракрасного измерения температуры и определения того, является ли температура поверхности мишени-источника равномерной или нет.

Изобретение относится к области выращивания кристаллов и может быть использовано для получения слоев алмаза большой площади на подложках из монокристаллического кремния.

Изобретение относится к нанесению износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия.

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к ортопедии и травматологии, и раскрывает способы нанесения антибактериальных кальцийфосфатных покрытий на ортопедические имплантаты, в частности интрамедуллярные фиксаторы и пины.
Наверх