Спосіб хіміко-термічної обробки інструменту

Изобретение относится к области металлургии, в частности химико-термической обработке с использованием метода ' конденсационно-ионной бомбардировки (КИБ), и может быть и с пользовано в машиностроении для поверхностного упрочнения металлорежущего инструмента, изготовленного Изобретение относится к области металлургии, в частности химико-термической обработке с использованием метода конденсационно-ионной бомбардировки (КИБ), и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения металлорежущего инструмента, изготовленного из быстрорежущих сталей. Ц^ль изобретения - повышение эксплуатационной стойкости обработанного инструмента, На фиг.1 показана схема осущест вления предлагаемого способа; на фиг.2 - приведен граЛик завигимос47-90 / из быстрорежущих с т а л е й . Цель - п о вышение эксплуатационной стойкости обработанного инструмента. Способ химико-термической обработки и н с т румента включает стадии нанесения нитрида титана при 1 0 ~ f - 10° Па и азотирования при давлении не ниже 6,65 Па, при этом азотирование и нанесение покрытия и з нитрида титана производят в одном реакционном объеме. Использование данного с п о соба позволяет провести два т е х н о логических "процесса - азотирование и нанесение нитрида титана - в одном технологическом цикле и в одной установке, а также обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости обработанного инструмента на 25-40% по сравнению с обработкой по известному способу. 3 и л . , 1 табл. ти напряжения на электродах разряда от давления азота, анод установлен на расстоянии от катода а) 330 мм, б) 450 мм, в) 550 мм; на фиг.З график зависимости массы титана, сконденсированного на образцах, от давления азота, образцы установлены на расстоянии от катода а) 330 мм, б) 450 мм, в) 550 мм. В вакуумной камере Т расположены катод 2 электродугового испарителя металлов и электрод 3, являющийся анодом. Приспособление 4 для установки изделий 5 имеет возможность вращения вокруг оси от двигателя 6. (Л С О ел І6О5572 от расстояния катода до обрабатываемого изделия осаждение массы металла на изделие практически ничтожно„ Сущность способа заключается в возможности использования газовой мишени, дпя защиты азтируемого объекта от паров металла. При этом для з а являемого способа совершенно не имеет значения, в какой последовательности проводятся операции азотирования и нанесения покрытий. Оба эти метода (азотирование + покрытие и покрытие + азотирование) применяются в технологии и имеют свои достоинства и недостатки. К приспособлению через подвижный контакт 7 подводится токоподвод. Регулируемый источник 8 питания вакуумно-дугового разряда через ключ 9 положительным полюсом может подсоединяться либо к подвижному контакту 7, либо- к аноду 3 . Источник питания 10 своим отрицательным полюсом через ключ 11 соединен с подвижным контактом 7. Подача реактивного газа в установку осуществляется через игольчатый натекатель 12. Способ осуществляется следующим образом. Изделие 5 устанавливается в вакуумную камеру 1, вакуумная камера откачивается, в нее производится напуск азота и возбуждается вакуумнодуговой разряд между изделием 5 (анодом и катодом). Источник 8 ключом 9 в положении " б " подсоединен к приспособлению 4 для установки изделий. Давление в рабочем объеме устанавливается не менее 6,65 КПа, при напряжении на электродах не менее 40 В. Когда температура изделия в результате электронного нагрева достигает рабочей (для инструмента из с т . Р6М5 500-5-50°С) регулятор температуры переводит ключ 9 в положение " а " , подсоединяй источник 8 • к электроду 3. При этом нагрев изделия прекращается, но оно находится в области активной газовой плазмы, и интенсивность процесса азотирования не уменьшается. Регулирование температуры производит-* ся поочередным переключением ключа 9 из- положения " а " в "б" с помощью термопары и регулятора температуры. При азотировании поддерживается напряжение на электродах разряда не менее 40 В при давлении азота не менее *6,65 Па.гПосле окончания процесса азотирования натекатель 12 отключается, давление в вакуумной камере снижается до уровня 1О*-эПа, ключ 9 переводятся в положение " а " , включается источник питания 10 и замыкается ключ 11. При этом происходят бомбардировка поверхности ионами титана и ее ионное травление. Через 5-10 мин ионное травление прекращается, в вакуумную камеру напускается азот до давления 1 0 " ' - 1 Па и производится осаждение на азотированную поверхность покрытия из нитрида титана. Как- следует из графиков на фиг.2 и 3 при напряжении 40В вне зависимости 2Q25 30 35 40 45 В известном способе, реализующем процесс азотирования в плазме вакуумно-дугового разряда, металлическая плазма задерживается на оптически непрозрачной перегородке, расположенной между катодом и изделием. При наличии перегородки испаритель нельзя t использовать для нанесения покрытий. В предлагаемом способе роль перегородки между изделием и катодом берет на себя г а з , находящийся при определенном давлении^ Катод генерирует струи металлической плазмы, ионный компонент которой имеет энергию в несколько десятков электронвольт. При движении от поверхности катода ионы газа претерпевают соударения с молекулами газа и постепенно теряют свою энергию , что проявляется в уменьшении направленной скорости. Поскольку положение изделия в установке зафиксировано относительно катода, то необходимо подобрать такое давление г а з а , чтобы поток ионов полностью затормозился в пространстве между катодом и изделием. Мерой такого давления может служить напряжение между электродами вакуумно-дугового разряда, возбуждаемого между катодом и изделием. Протекание электрического тока между анодом и катодом в вакуумнодуговом разряде обеспечивается электронами металлической и газовой плаз50 мы. При увеличении давления реактивного г а з а , когда толщина газовой мишени nL (n - концентрация, L - продольные размеры) становится достаточной, происходит эффективное ряссея55 ние ионноїо компонента плазменного потока. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. 1605572 Конкретный процесс комбинировантым регулированием числа оборотов ного упрочнения инструмента из быстшпинделя. Режимы резания: твердый рорежущей стали Р6М5 проводится в уссплав V = 220 м/мин; S = 0,3 мм/об; тановке упрочнения режущего инструt = 1 мм; быстрорежущая сталь: V = мента типа "Булат-6". = 60 м/мин; S = 0,3 мм/об; t = 1 мм. За критерий износа был принят износ Вакуумная камера установки имеет габаритные размеры - диаметр по задней поверхности, равный 0,2мм 500 мм, длина 500 мм. Рабочий торец (быстрорежущая сталь) и 0,5 мм (тверу титанового катода 2 отстоит от дый сплав). 10 торца камеры на 200 мм. Ось приспоПредложенный способ позволяет прособления для установки для изделия вести два технологических процесса на расстоянии 250 мм от торца камеазотирование и нанесение покрытий ры. Диаметр изделия 240 мм. Поверхв одном технологическом цикле и в ность цилиндра,, на которую устанаводной установке. Благодаря этому от15 ливались режущие пластины, отстоит падает необходимость в проведении от катода на расстояние 330 мм. Проряда повторяющихся'операций, таких водимый рабочий процесс включает в секак загрузка-выгрузка, ионная очистбя две операции: азотирование режука , нагрев, охлаждение. Это повышащих пластин -из с т . Р6М5, расположен20 ет производительность и технологичных на поверхности цилиндрического ность процесса упрочнения. Кроме тобарабана, в течение 30 мин, при темff го, анализ данных, приведенных в пературе 500 C и токе разряда 80 А, таблице, показывает, что использоваи нанесение ^упрочняющего покрытия слоем нитрида натрия толщиной 5 мкм при температуре 500°С в течение 40 мин при токе 100 А. Рабочее давление» при котором напряжение на. ' ' электродах разряда равно 40Б составляет 6,65 Па. ние данного способа обеспечивает по** 25 вышение эксплуатационной стойкости 30 Во время нанесения покрытия в момент ионной очистки ключ 9 находится в положении " а " , ключ 11 замкнут, источник питания 10 включен, д а в ление в объеме 6,65"10" Па, напряжение на приспособлении 4 устанавли35 вается 1000-1200 В. Время очистки 5 мин. Затем проводится до 200 В и производится напуск реакционного газа - азота до давления 0,665 Па. Проведены стойкостные испытания 40 режущих пластин из быстрорежущей стали Р6М5 и твердого сплава Т5КТ0 с упрочняющими обработками по предлагаемому способу и способоу-прототипу. Испытания проводили, при точении ста- 45 ли 40Х на станке 1А62 с бесступенчаСпособ Инструментальный материал обрабатываемого инструмента на 2540% по сравнению с обработкой по известному способу. Результаты испытаний приведены в таблице, Ф о р м ула и з о б р е т е н и я ; Способ химико-термической обработки инструмента, включающий нанесение методом конденсационно-ионной бомбардировки на обрабатываемое изделие нитрида титана и азотирование в плазме газового вакуумно-дугового разряда между обрабатываемым изделием анодом и дополнительным катодом, о т л и ч а ю щ и й с . я тем, что с целью повышения эксплуатационной стойкости обработанного инструмента, азотирование и нанесение нитрида титана производят в одном реакционном объеме, причем'азотирование проводят при давлении не ниже 6,65 Uat а нанесение нитрида титана -при 10~'-Ю°Па. Последовательность операции Средняя стойкость, мин Ірототип Р6М5 Т6М5 Т5К10 Р6М5 Предлага- F 6 M 5 Т5К10 емый Азотирование + TiN TiN + азотирование Азотирование + TiN 13 Азотирование + TiN + азотирование TiN + азотирование 17 15,5 16 . • • TiN 23 1605572 8 Фаг.1 ЙҐ * * ' Редактор 1 .Наджарян Составитель И. Петров Техред Л.Олийнык Корректор М. Шароши Заказ 3760/ДСП Тираж 489 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская н а б . , д . 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г . Ужгород, ул. Гагарина, 101