РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА С МНОГОСЛОЙНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Полезная модель относится к нанесению износостойких слоев на режущий инструмент, в частности к нанесению покрытий высокоскоростным сверхзвуковым напылением на твердосплавный режущий инструмент и может быть использована во всех областях машиностроения, связанных с механической обработкой металлов, в том числе легких сплавов, в частности, никелевых, титановых, алюминиевых.
0.7
0.3
Известно композиционное покрытие режущего инструмента, включающего пленку покрытия из чередующихся слоев CrN/Al CrN, при этом твердый слой образован из соединения, выбранного из нитрида, карбонитрида по крайней мере одного первичного элемента, выбранного из группы, состоящей из металлов, а также Al и Si (патент US 7410707 В2).
Недостатком этого покрытия является высокое содержание алюминия в составе покрытия, что увеличивает трение в зоне резания и отвода стружки, вследствие чего происходит увеличение температуры инструмента и повышение адгезионного износа покрытия и инструмента.
Наиболее близким по технической сущности является режущий инструмент с многослойным покрытием на рабочей части, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее пятислойное покрытие, покрытие состоит из нижнего адгезионного слоя из нитрида хрома, первого переходного слоя из нитридов алюминия, титана и хрома при их соотношении, мас. %: алюминий 36,13-38,54, титан 16,01-18,37, хром 43,09-47,86, износостойкого слоя, выполненного из нитридов алюминия и титана при их соотношении, мас. %: алюминий 63,25-68,81, титан 31,19-36,75, второго переходного слоя, имеющего тот же состав, что и первый переходный слои, и пятого антиадгезионного слоя, выполненного из нитрида хрома (патент РФ №148380).
Недостатком данного режущего инструмента с многослойным износостойким покрытием являются низкие прочностные характеристики покрытия, в частности адгезия, износостойкость и прочность.
Задачей полезной модели является усовершенствование режущего инструмента с многослойным покрытием, позволяющего повысить его стойкость при механической обработке.
Техническим результатом является повышение прочностных характеристик покрытия, в частности адгезии, износостойкости, прочности.
Указанный технический результат достигается тем, что режущий инструмент из твердого сплава с многослойным покрытием, которое представляет собой композит, состоящий из первого нижнего адгезионного слоя из никеля, второго слоя из материала с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf при следующем соотношении, масс. %:
титан
29,1-29,8
никель
50,2-50,1
гафний
19,6-20,5,
3
2
и третьего износостойкого слоя - эльбор-WC-CrC-Со-С при следующем соотношении, масс. %:
эльбор
35-75
WC
7-40
Cr<sub>3</sub>C<sub>2</sub>
7-30
Со
10-15
С
1-3.
Толщина первого адгезионного слоя состоит в пределах 50-80 мкм, второго слоя 500-600 мкм, третьего износостойкого слоя 400-500 мкм, при этом общая толщина покрытия составляет 1,08-1,18 мм.
3
2
Принятая последовательность слоев обеспечивает повышение прочностных характеристик и износостойкости композита. Наличие промежуточного слоя обладающего высокотемпературным эффектом памяти формы, помимо характерных для этих материалов свойств памяти, сверхупругости или сверхэластичности, тормозит, а иногда блокирует распространение дефектов типа трещин, возникающих в прочном, но хрупком поверхностном слое и, как следствие, способствует повышению прочности и долговечности. Третий износостойкий слой обладает повышенной твердостью 65-70 ГПа. Такая структура слоев позволяет получить высокую прочность сцепления с основой из-за наличия в покрытии нижнего слоя, обладающего высокой адгезией с инструментальной основой и вторым слоем с эффектом памяти формы благодаря присутствию Ni, имеющего хорошее химическое взаимодействие с материалом режущего инструмента и слоя из материала с эффектом памяти формы, что увеличивает прочность их связи между собой. Третий слой, состоящий из эльбора 35-75, WC 7-40, CrC 7-30, Со 10-15, С 1-3 обладает повышенной термостойкостью и твердостью, что увеличивает износостойкость покрытия.
Пример 1.
3
2
3
2
На инструментальную основу режущего инструмента из твердого сплава наносим высокоскоростным газопламенным напылением в защитной атмосфере первый адгезионный слой Ni толщиной 80 мкм, далее на первый слой наносим высокоскоростным газопламенным напылением второй слой из материала с эффектом памяти формы Ti-Ni-Hf толщиной 500 мкм при следующем соотношении компонентов, масс. %: титан 29,5, никель 50,2, гафний 20,3, далее на второй слой наносим высокоскоростным газопламенным напылением третий износостойкий слой, состоящий из эльбор-WC-CrC-Со-С толщиной 500 мкм при следующем соотношении, масс. %: эльбор 65, WC 7, CrC 10, Со 15, С 3. В результате получаем многослойное покрытие - композит с повышенными прочностными
характеристиками, адгезией, износостойкостью, прочностью общей толщиной 1,08 мм.
Результатом применения полезной модели при обработке быстрорежущих сталей стало увеличение среднего периода стойкости режущего инструмента с предлагаемой моделью получения слоев на 40-45% по сравнению со средним периодом стойкости аналогичного режущего инструмента с покрытием - прототипом.