Режущая пластина на основе спеченного твердого сплава с покрытием - RU2010888C1

Описание

Изобретение относится к области металлургии, в частности к режущим инструментам на основе спеченных твердых сплавов с покрытиями.

Режущие инструменты с покрытиями находят широкое применение в промышленности: в токарном деле, бурении. Усовершенствование прочности сцепления основы и покрытия привело к созданию множества сочетаний материалов, используемых для нанесения на основу инструмента.

Известно, что изготовлении режущих инструментов с покрытием из оксида алюминия слой оксида алюминия наносят на основу, предварительно покрытую слоем TiC_xN_yO_z.

Целью предложенного технического решения является дальнейшее повышение износостойкости режущих пластин на основе спеченного твердого сплава за счет получения слоя оксида алюминия с правильной кристаллографией, микроструктурой и морфологией.

Согласно изобретению, режущая пластина на основе спеченного твердого сплава имеет покрытие, состоящее из слоя карбида или нитрида, или карбонитрида титана, прилегающего к основе, и расположенного на нем слоя оксида алюминия, причем слой оксида алюминия выполнен двухслойным: прилегающий к карбиду или нитриду или карбонитриду титана оксид алюминия представляет собой эпитаксиальный каппа-оксид алюминия или тета-оксид алюминия, а поверхностный слой содержит не менее 90% α -оксида алюминия с размером зерен менее 1 мкм, остальное - каппа- или тета- оксид алюминия.

Таким образом, поверхностный слой режущей пластины состоит в основном из плотного и износостойкого α -оксида алюминия, который является мелкокристаллическим и обдает хорошей связью с нижележащим TiC_xN_y слоем за счет промежуточного слоя из каппа- или тета-оксида алюминия. Данные модификации обеспечивают хорошую адгезию.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. Режущие вставки были изготовлены в тех же условиях, как и в прототипе, в результате чего был получен слой покрытия Al₂O₃толщиной 3 мкм. При химическом осаждении параоксида алюминия концентрацию воды поддерживают на столь низком уровне, до и во время образования зародышей оксида алюминия, чтобы в основном зарождалась каппа- Al₂O₃ в контакте со слоем TiC, нанесенном на режущую вставку А. Полученные режущие вставки испытывались на расслаивание. Испытание осуществляли посредством точения малоуглеродистой стали. Результат оценивали, как отношение длины расслаивания линии кромки к общей длине линии кромки.

Испытание % α -Al₂O₃ Расслаивание
А 15 70 (по изобретению)
В 90 90 (известная технология)
Испытания на износостойкость показали для варианта B худшую стойкость к износу поверхности и меньший срок службы вставок.

П р и м е р 2. Режущие вставки, покрытие в тех же самых условиях, как и в примере 1, в которых состояло в основном из слоя (3 мкм) каппа-оксида алюминия, были термически обработаны при 1020^оС в атмосфере водорода, причем каппа-фаза успешно превратилась в альфа-фазу.

Затем вставки были испытаны на расслаивание линии кромки.

Результаты приведены ниже:
Испытание Время термической % α -Al₂O₃ Расслаивание
обработки
C 8 100 65
Д 2 35 50
Испытание износостойкости показало, что для варианта C отмечена худшая износостойкость и наименьший срок службы.

П р и м е р 3. Режущие вставки были покрыты в соответствии с примером 1, в котором был получен слой оксида алюминия толщиной 1 мкм. Эти покрытые вставки имели высокое содержание углерода, так что формировался слой карбида титана толщиной 6 мкм. Вставки были отобраны из различных частей покрывающей загрузки. Одна группа вставок имела каппа-оксид алюминия в контакте со слоем карбида титана. Эти вставки в испытании с перемежающейся обточкой не обнаружили тенденции к "отслаиванию" слоев оксида алюминия от слоя карбида титана. В другой группе вставок, содержащих почти только α -Al₂O₃ в контакте с карбидом титана, расслоилось почти 45% поверхности.

П р и м е р 4. На режущую вставку наносят покрытие по методике примера 1. На основу наносят слой TiN посредством снижения количества CH₄ в газовой среде (при обработке поверхности вставки) до нулевого значения и заменой половины количества водорода газообразным азотом. В остальном покрытие и основа такие же, что и в примере 1. Вставки Aa, Bb, Cc соответствуют вставкам A, B, C. Вставки Dd, как и в примере 2, подвергнуты двухчасовой термообработке.

Получены следующие результаты испытаний на расслаивание.

Испытанный % α -Al₂O₃ Расслаивание Примечание
образец
Аа 20 60 Согласно
изобретению
Вв 95 90 Известная
методика
Дд 40 50 Термообработка 2ч
(по изобретению)
П р и м е р 5. По сравнению с примером 4, количество СН₄ снижено только до половины количества примера 1, так, что газовая смесь содержала некоторое количество СН₄, а, кроме того, TiCl₄, азот и водород. В результате получено покрытие, прилегающее к основе, из карбонитрида титана TiCN, на котором расположен слой оксида алюминия толщиной 3 мкм. Результаты испытаний на расслаивание показали такие же результаты, что и режущие вставки А в примере 1, что превосходит результаты испытаний вставок B.

Таким образом, представленные выше примеры свидетельствуют о том, что режущая пластина, согласно изобретению, имеет повышенную износостойкость и прочность сцепления слоев, по сравнению с известными ранее пластинами с покрытием TiC_xN_y + Al₂O₃. (56) Патент Швеции N 357984, кл. C 23 C 11/08, 1973.

Реферат

Сущность изобретения: режущая пластина на основе спеченного твердого сплава имеет покрытие, состоящее из слоя карбида титана или нитрида титана, или карбонитрида титана, прилегающего к основе, и расположенного на нем слоя оксида алюминия, выполненного двухслойным, причем слой прилегающий к карбиду титана или нитриду титана или карбонитриду титана содержит эпитаксиальный каппа-оксид алюминия или тета-оксид алюминия, а поверхностный слой содержит не менее 90% α -оксида алюминия с размером зерен менее 1 мкм, остальное каппа- или тета-оксид алюминия.

Формула