Способ упрочнения лезвийного инструмента

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ЛЕЗВИЙНОГО ИНСТРУМЕНТА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Судник Лариса Владимировна Ильющенко Александр Федорович Ильющенко Татьяна Александровна Жук Елена Владимировна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ упрочнения лезвийного инструмента, включающий формирование защитного покрытия на рабочих поверхностях, отличающийся тем, что упрочняемый инструмент подвергают шлифованию и/или заточке содержащим нанокомпоненты абразивным инструментом, при которых происходит формирование защитного покрытия за счет диффузии продуктов деструкции абразивного инструмента в поверхность упрочняемого инструмента. Изобретение относится к технологиям упрочнения металлических поверхностей путем нанесения защитных покрытий. Известно использование различных методов покрытия плазмо-химического, электрохимического, ионно-плазменного для создания защитных покрытий на различных металлических поверхностях 1, но такие покрытия не имеют достаточно высокой прочности связи с основой, неравномерны по толщине и из-за достаточно большой толщины легко скалываются, могут быть использованы лишь после окончательных формообразующих операций, требуют сложного аппаратного обеспечения 2, 3. Наиболее близким является способ упрочнения путем получения защитного покрытия 4, при котором упрочнение достигается за счет последовательной обработки изделий сначала в 5 -ном кипящем водном растворе тиоацетамида, а затем в 40 -ном водном растворе оксида молибдена с последующим нагревом до 250-300 С. Данный инструмент имеет малый ресурс работы, т.к. упрочненный слой достаточно быстро изнашивается, а после заточки вовсе отсутствует, а способ нанесения покрытия требует сложного оборудования для формирования защитного слоя, что увеличивает стоимость инструмента. Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в увеличении работоспособности лезвийного инструмента, стойкости и производительности. Достигаются дополнительные технические эффекты, заключающиеся в увеличении адгезионной прочности защитного покрытия с основой инструмента в восстанавливаемости покрытия после заточных и шлифовальных операций. 11375 1 2008.12.30 Поставленная задача решается тем, что в способе упрочнения лезвийного инструмента, включающем формирование защитного покрытия на рабочих поверхностях, упрочняемый инструмент подвергают шлифованию и/или заточке содержащим нанокомпоненты абразивным инструментом, при которых происходит формирование защитного покрытия за счет диффузии продуктов деструкции абразивного инструмента в поверхность упрочняемого инструмента. Технологическая операция упрочнения нанесением защитных покрытий совмещена с операциями заточки и шлифования инструмента, поэтому не требует специального оборудования для нанесения покрытий, ванн, растворов и т.п. Сущность изобретения заключается в следующем ультрадисперсные частицы, входящие в состав продуктов деструкции, обладают повышенной диффузионной подвижностью и попадают на обрабатываемую поверхность лезвийного инструмента в момент ее образования, т.е. практически, когда она находится в ювинильном состоянии. Это состояние характеризуется как энергетически возбужденное, близкое к реакционноспособному состоянию ультрадисперсных (до наноразмерности 2-6 нм) частиц продуктов деструкции абразивного инструмента. При этом достигается возможность значительного проникания атомов из состава продуктов деструкции в поверхностные слои лезвийного инструмента. Степень проникания частиц в связи с возбужденным состоянием контактирующих поверхностей гораздо выше, чем при взаимодействии массивных (более 100 нм) частиц. Таким образом, заявляемый способ упрочнения является результатом диффузии элементов, выделяющихся в зоне резания в элементарной форме, в результате деструкции абразивного материала обрабатывающего инструмента. Максимальное насыщение рабочих поверхностей лезвийного инструмента достигается при абразивной обработке инструментом,в состав которого введены нанокомпоненты. Глубина проникания упрочняющих компонентов при этом способе находится в пределах 1,5-4 мкм. При снижении толщины упрочненного слоя лезвийный инструмент достаточно быстро исчерпывает рабочий ресурс и стойкость его повышается незначительно, а увеличение толщины упрочненного слоя технологически сложно и не имеет смысла, т.к. при заточке упрочненный слой возобновляется. Пример Лезвийный инструмент - металлорежущие пластины, имеющие твердость 62,микротвердость 82 МПа, обрабатывались абразивным инструментом в виде кругов на керамической связке, содержащей нанокомпоненты при следующих режимах круга 35 м/с,0,01 и 1,5 м/мин. В результате шероховатость рабочей поверхности снижена до 0,46, а при обработке лезвийным инструментом упрочненным известным методом до 0,62. Физико-механические свойства поверхностного слоя лезвийного инструмента из быстрорежущей стали приведены в табл. 1. Таблица 1 Вид обрабатывающего инструмента Стандартный абразивный инструмент Инструмент, упрочненный по известному методу Инструмент, обработанный по заявляемому способу Характеристики поверхности ШХ 15 Содержание Напряжения пер- Напряжения втоаустенита,вого рода, МПа рого рода, МПа 11375 1 2008.12.30 Результаты, приведенные в таблице, свидетельствуют о снижении температуры и роли тепловых эффектов при обработке лезвийного инструмента заявляемым способом. Причиной изменения характеристик поверхностных слоев является снижение температуры в зоне резания и микролегирование нанодисперсными компонентами из абразивного инструмента в обрабатываемую поверхность. О снижении температурных эффектов и деформационном характере упрочнения свидетельствует малое содержание остаточного аустенита, т.к.остаточный аустенит теряет устойчивость при деформировании даже при низких температурах. Эффект упрочнения подтверждается также увеличением микротвердости и наличием сжимающих напряжений 5. В табл. 2 приведены данные по параметрам резания, достигаемым при обработке лезвийного инструмента ТК 15 К 6 заявляемым методом (при точении). Таблица 2 Вид инструмента Удельная Работа Расходуемая поверхность диспергировамощность ,продуктов шли- ния 10-2,т фования, м 2/г Дж/м 2 В исходном 48 10,0 7,0 0,18 1 состоянии Упрочненный по известному 41 14,0 2,8 0,18 1,5-2 методу Упрочненный по заявляемому 36 20,0 0,6 0,13 2,7-3,5 способу Пластины заточены кругами 12 А 2-20 125103 СК, содержащими нанокомпоненты. Таким образом, упрочнение лезвийного инструмента по заявляемому способу обусловлено двумя факторами прямым - за счет внедрения нанодисперсных включений и косвенным - за счет стабилизации структуры рабочего слоя инструмента. Повышенная работоспособность инструмента, упрочненного по заявляемому методу, обеспечивается снижением сил резания, увеличением дисперсности продуктов обработки, снижением коэффициента трения, что в совокупности снижает работу диспергирования в 9 раз. При этом реализуется возможность увеличения скорости резания, т.е. производительности процесса, а стойкость лезвийного инструмента возрастает не менее, чем в 2,7 раза. Источники информации 1. Ильющенко А.Ф., Оковитый В.А., Абрашин В.Н., Громыко Г.Ф. Исследование процесса формирования плазменных покрытий // Сб. Порошковая металлургия. - Минск,1997. -19. - С. 10-16. 2.1803472, МПК С 23 С 26/02,22 7/04, // Бюл.11. - 1993. 3. Ильющенко А.Ф., Беляев А.В., Талако Т.А. и др. Исследование износостойкости покрытий из алюминидов железа, полученных методом СВС Материалы докладов 5-й Международной конференции Порошковая металлургия, композиционные материалы,защитные покрытия. - Минск Тонпик, 2002. - С. 190-191. 4.1351979, МПК С 21 9/22, С 23 С 20/00 // Бюл.42. - 1987 (прототип). 5. Забавский М.Т. Совершенствование обработки сталей пористыми алмазными кругами с подачей СОЖ через поры круга Диссертация канд. техн. наук. - 1972. -2. - С. 59-64. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3