ИЗНОСОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ

ИЗНОСОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ
Полезная модель относится к машиностроению, а именно к обработке металлов резанием и может быть использована на операциях точения заготовок из различных материалов.
Известны износостойкие покрытия на режущий инструмент (РИ) из нитрида титана (TiN) или сложного нитрида титана и молибдена ((Ti,Mo)N), наносимые на рабочие поверхности инструмента методом физического осаждения покрытий (ФОП) (см. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 122 с.). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании данных покрытий является либо недостаточная адгезия материала покрытия и инструментальной основы, либо недостаточная микротвердость покрытия, либо низкая стойкость при температурных колебаниях. В результате этого покрытие либо быстро скалывается с поверхности инструмента, либо легко подвергается абразивному износу, либо в нем быстро зарождаются и распространяются трещины, приводящие к разрушению покрытия, что снижает стойкость РИ с покрытием.
Наиболее близким износостойким покрытием того же назначения к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является двухслойное покрытие, внутренний слой которого состоит из TiCN, а наружный слой из TIN, наносимое методом химического осаждения покрытий (ХОП) (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.300), принятое за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного износостойкого покрытия, принятого за прототип, относится то, что в известном покрыМПК С23С14/00
тии верхний слой (TiN) обладает отнооительно низкой микротвердостью, а нижний (TiCN) недостаточной адгезией с инструментальной матрицей. Кроме того, большая разница между остаточными напряжениями в покрытии и инструментальной основе, что является причиной преждевременного скалывания покрытия с рабочих поверхностей инструмента. В результате покрытие плохо сопротивляется абразивному износу, что приводит к разрушению покрытия и снижению стойкости РИ.
Повышение в последнее время стоимости металлорежущего инструмента и ужесточение требований к точности обрабатываемых деталей сделало еще более актуальной проблему повышения стойкости РИ. Одним из путей повышения стойкости и работоспособности РИ с покрытием является нанесение покрытий многослойного типа. Наличие в покрытии слоев с определенными теплофизическими и механическими свойствами позволяет тормозить процессы разрушения покрытия без снижения микротвердости, улучшить термонапряженное состояние РИ с покрытием и повысить стойкость РИ.
Технический результат - повышение работоспособности РИ и качества обработки.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что износостойкое покрытие является многослойным. Особенность заявляемой полезной модели заключается в том, что верхний слой состоит из (Ti,Mo)N, обеспечивающего высокую микротвердость многослойной композиции, а нижний слой - TiN, который является более мягким, имеет более низкий уровень остаточных напряжений сжатия по сравнению с (Ti,Mo)N и обладает хорошей адгезией с инструментальным материалом и материалом верхнего слоя. На рисунке изображена схема износостойкого покрытия.
Заявляемая полезная модель содержит износостойкое покрытие
1, наносимое на режущий инструмент 2, состоящее из двух слоев. Нижний слой 3 состоит из TIN, а верхний слой 4 - из (Ti,Mo)N.
Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе непрерывного резания, каковым является точение, инструмент в большей степени подвергается абразивному износу. При этом зона резания характеризуется постоянной высокой температурой. Поэтому покрытие 1, наносимое на РИ 2 должно обеспечивать высокую твердость и сохранять ее при высоких температурах. Кроме того, покрытие не должно скалываться с рабочих поверхностей РИ. Вследствие этого верхний слой покрытия 4 должен обладать как можно большей микротвердостью, а нижний слой 3 - наилучшей адгезией с инструментальным материалом и материалом верхнего слоя. Механические свойства однослойных покрытий приведены в табл. 1.
Механические свойства однослойных покрытий
1. Инструментальный материал - ВК6.
Для экспериментальной проверки заявленной полезной модели было нанесено покрытие-прототип с соотношением слоев, указанным в известном износостойком покрытии, а также предлагаемое двухслойное покрытие. Покрытия наносили на твердосплавные пластины в вакуумной камере установки «Булат - 6Т, снабженной тремя вакуумТаблица 1 но-дуговыми испарителями, расположенными горизонтально в одной
плоскости. В качестве катодов испаряемого металла использовали титановый сплав ВТ1-0.
Пластины с покрытиями, отличающимися от указанных в формуле полезной модели, показали более низкие результаты. Нанесение в качестве верхнего слоя материала с большей твердостью приводило к росту градиента остаточных напряжений сжатия в покрытии, тем самым снижалась адгезия верхнего и внутреннего слоев между собой и с инструментальной основой, покрытие быстрее разрушалось в процессе резания. Уменьшение твердости верхнего слоя приводило к увеличению абразивного износа покрытия, и, как следствие, снижению стойкости инструмента.
Как видно из приведенных в табл. 2 данных, стойкость пластин, с предлагаемым покрытием, выше износостойкости пластин, с покрытием-прототипом в 1,6-1,8 раз. Таким образом, предлагаемое покрытие позволяет повысить износостойкость инструментов и сократить расход инструментальных материалов, что повышает эффективность применения инструмента с покрытиями.
Результаты испытаний РИ с покрытием 1.Инструментальный материал ,
4
Таблица 2 МК8.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного износостойкого покрытия на РИ следующей совокупности условий:
-Износостойкое покрытие, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно, в металлообработке на операциях точения;
-для заявленного износостойкого покрытия в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью известных до даты приоритета средств и методов;
-износостойкое покрытие, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость.