Слоистый материал для режущего инструмента Советский патент 1993 года по МПК C22C29/02 B22F7/02 

Изобретение относится к металлургии, твердосплавным слоистым материалам,состоящим из основы и покрытия и предназначенным для изготовления режущего инструмента.

Целью изобретения является повышение стойкости режущего инструмента особенно при фрезеровании.

Поставленная цель достигается тем, что в слоистом материале для режущего инструмента, состоящем из твердого сплава на основе карбидов и/или нитридов тугоплавких металлов и связки из металла группы железа, включающем поверхностный слой, подслой и сердцевину, причем поверхностный слой имеет повышенное содержание углерода и/или азота и пониженное содержание связки по отношению к их содержанию в сердцевине, подслой имеет пониженное содержание углерода и/или азота и повышенное содержание связки по отношению к их содержанию в сердцевине, и покрытие из твердых соединений тугоплавких металлов и/или оксида алюминия, предлагается выполнить подслой с содержанием углерода и/или азота 80-95% от стехиометрического содержания, а в поверхностном слое - 98-100%, при этом содержание связки в поверхностном слое составляет 0,7-0,8, а содержание связки в подслое составляет 1,2-1,3 от их содержания в сердцевине.

Выполнение поверхностного слоя с изменяющимся содержанием связки предотвращает растрескивание этого слоя при ударном контакте с обрабатываемым матеш О

со

риалом, что повышает эксплуатационную стойкость режущего инструмента. Этому же способствуют предлагаемые пределы изменения содержания связки, так как обеспечивают оптимальное сочетание твердости и прочности материала по толщине слоя.

Основа предлагаемого материала может быть изготовлена из твердого сплава на основе карбида вольфрама с кобальтовой вязкой (4-15 мае. %), из твердого сплава на основе карбида вольфрама, содержащего также сложный карбид титана (тантала) и вольфрама, с кобальтовой связкой (4-15 мас.%). Твердая фаза твердого сплава может содержать также нитриты (например TIN).

Основа может быть выполнена также из твердого сплава на основе карбонитрида титана или твердого раствора карбонитри- дов с никель-молибденовой связкой.

Содержание углерода и/или азота в центральной зоне основы (80-95% от стехиометрического содержания) обуславливает наличие -фазы или интерметаллидов типа NiaTi в этой зоне (до 35 об.%), rf-фаза или интерметаллиды равномерно распределены в объеме сплава.

В приповерхностом слое у-фаэа и интерметаллиды отсутствуют (это обеспечивается содержанием углерода - 98-100% от стехиометрического содержания). Это обуславливает повышение ударной вязкости, прочности и пластичности материала этого слоя, что предотвращает образование трещин при ударных нагрузках. Этому же способствует плавное изменение содержания металла-связки по толщине слоя.

Толщина этого слоя составляет 250- 2000 мкм (0,25-2 мм). Поверх слоя с переменным содержанием связки расположено покрытие общей толщиной 4-8 мкм из TiC, TiCN, TIN, ZrN, HfN и т.п. и/или А120з.

Предлагаемый слоистый материал получают следующим образом.

Основа из спеченного твердого сплава может быть получена различными способами.

Порошок карбида вольфрама (возможно и сложных карбидов) с недостатком углерода по отношению к стехиометрически необходимому совместным размолом смешивают с порошком кобальта; прессуют заготовки изделий и спекают сначала в атмосфере азота при 900°С, а затем в вакууме или водороде. После этого заготовки термообрабатывают в науглероживающих условиях (в засыпке из графита, в метансо- держащей атмосфере или в атмосфере оксида углерода) при 1450°С.

При изготовлении смеси может быть использован стехиометрический монокарбид вольфрама, но тогда дополнительно вводится порошок металлического вольфрама. 5При использовании стехиометрических карбидов в качестве связки могут быть использованы интерметаллиды CosW, . В результате получают заготовку из спеченного твердого сплава, содержащего кар0 биды тугоплавких металлов и металл связку. В поверхностном слое заготовки содержание металла-связки изменяется от 0,7-0,8 среднего содержания на поверхности до 1,2-1,3 среднего содержания на границе со

5 средней частью, а содержание углерода - 98-100% от стехиометрического содержания. Причем толщина этого поверхностного слоя составляет 0,25-2,0 мм.

Регулирование толщины поверхностно0 го слоя и содержания в нем металла-связки и углерода осуществляется регулированием состава смеси и условий спекания и термообработки.

После шлифовки на поверхность заго5 товки методами химического осаждения наносят покрытие из твердых соединений, тугоплавких металлов (TiC, TIN, TiCN. ZrC, ZrN, HfC, HfN и т.п.) и/или оксида алюминия. Общая толщина покрытия 5-7 мкм.

0 Пример. Порошки карбида вольфрама, сложного карбида титана и вольфрама и карбида тантала в заданных соотношениях смешивали совместным размолом в среде спирта с порошком интерметаллида СозМ.

5 Смешивание проводили совместным размолом в барабанной мельнице с размольными шарами в течение 24 ч при соотношении шаров и смеси 3,5:1 и относительной скорости вращения 90%.

0 После отделения спирта и размольных тел в смесь вводили пластификатор (раствор каучука в бензине) и прессованием изготавливали заготовки режущих пластин формы 03331-120300 ГОСТ 19050-82.

5 Заготовки спекали в атмосфере водорода в углеродсодержащих засыпках при температуре, принятой для сплавов с данным содержанием кобальта.

После шлифовки на заготовки методом

0 химического осаждения из парогазовой фазы наносили покрытия из карбида титана толщиной б мкм.

Были также нанесены покрытия из слоев TiC, TiCN и TiCN, а также TiN и .

5 Были изготовлены также основы из шихты состава, мас.%: 36,4 TiC, 37,6 TIN, 19,5 Ni, 6,5 Mo. Содержание углерода и азота составляло 85% от теоретического. Спекание проводили в вакууме при 1430°С, а затем проводили термообработку в науглероживающей атмосфере при 1380°С в течение 0,5 ч. После шлифовки на поверхность пластин нанесли покрытия TiN толщиной 4 мкм методом вакуумной конденсации паров.

Полученные пластины были испытаны при фрезеровании стали 45 при числе оборотов 630 об/мин, глубине 5 мм.

Данные о составе материала и результаты испытаний помещены в табли- цё.

Кет определяли как отношение времени резания исследуемой пластины к вре- мфни резания эталонной пластины (из сг|лава прототипа) до одинакового износа ( мм).

Как видно из данных таблицы, предлагаемый материал (см.примеры 1-9) обладает большей стойкостью, чем известный (см. примеры 15-17).

Выход за заявленные пределы (см. примеры 10-14) снижает стойкость режущего инструмента.

Формула из обретения Слоистый материал для режущего инструмента, состоящий из твердого сплава, на основе карбидов и/или нитридов тугоплавких металлов и связки из металла группы железа, включающий поверхностный слой, подслой и сердцевину, причем поверхностный слой имеет повышенное содержание углерода и/или азота и пониженное содержание связки по отношению к их содержанию в сердцевине, подслой имеет пониженное содержание углерода и/или азота и повышенное содержание связки по отношению к их содержанию в сердцевине, и покрытие из твердых соединений тугоплавких металлов и/или оксида алюминия, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости режущего инструмента, содержание углерода и/или азота в подслое составляет 80-95% от стехиомет- рического содержания, а в поверхностном слое-98-100%, при этом содержание связки в поверхностном слое составляет 0,7-0,8, а содержание связки в подслое - 1,2-1,3 от их содержания в сердцевине.

Изобретение относится к металлургии, к композиционным твердосплавным слоистым материалам, состоящим из основы и покрытия и предназначенным для изготовления режущего инструмента. Сущность: материал содержит основу из спеченного твердого сплава на основе карбидов и/или нитридов тугоплавких металлов и связки из металлов группы железа. Центральная зона основы содержит 80-95% углерода и/или азота от стехиометрического содержания. Приповерхностный слой содержит98-100% азота и/или углерода от стехиометрического содержания, а содержание связки изменяется от 0,7-0,8 среднего содержания на поверхности слоя до 1,2-1,3 среднего содержания на границе с центральной зоной. Сверху нанесено покрытие из твердых соединений тугоплавких металлов и/или оксида алюминия. Эксплуатационная стойкость режущего инструмента повышается в 2,4- 2,7 раза. 1 табл. ел с