CS223621B1

CS223621B1 - A method of applying tancanbide coatings to sintered hard alloy products

Info

Publication number: CS223621B1
Application number: CS810481A
Authority: CS
Inventors: Issak Z Brochin; Vsevolod I Tretjakov; Anatolij D Sabutin; Michal N Lenskij
Original assignee: Issak Z Brochin; Vsevolod I Tretjakov; Anatolij D Sabutin; Michal N Lenskij
Priority date: 1981-11-04
Filing date: 1981-11-04
Publication date: 1983-11-25

Abstract

Vynález se týká oboru práškové metalurgie, zejména způsobu nanášení titankarbidových povlaků na výrobky ze slinutých tvrdých slitin. Podle vynálezu se výrobky ze slinutých tvrdých slitin podrobí termodifúznímu sycení titanem při teplotě 950 až 1100 °C v atmosféře vodíku z práškové směsi, sestávající z titanu, karbidu titanu jako plnidla a chloridu amonného jako aktivační přísady. Vynález má použití při výrobě výrobků ze slinutých tvrdých slitin s povlakem vzdorujícím opotřebení, mezi nimi víceplošných zahazovacích břitových destiček, používaných k obrábění kovů, v automobilovém průmyslu, průmyslu obráběcích strojů a jiných průmyslových odvětvích.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to a method for applying titanium carbide coatings to products made of sintered hard alloys. According to the invention, products made of sintered hard alloys are subjected to thermal diffusion saturating with titanium at a temperature of 950 to 1100 ° C in a hydrogen atmosphere from a powder mixture consisting of titanium, titanium carbide as a filler and ammonium chloride as an activating additive. The invention is used in the production of products made of sintered hard alloys with a wear-resistant coating, including multi-surface insert cutting inserts used for metalworking, in the automotive industry, machine tool industry and other industries.

Description

Vynález se týká oboru práškové metalurgie, zejména způsobu nanášení titankarbidových povlaků na výrobky ze slinutých tvrdých slitin.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to a method of applying titanium carbide coatings to sintered hard alloy products.

Podle vynálezu se výrobky ze slinutých tvrdých slitin podrobí termodifúznímu sycení titanem při teplotě 950 až 1100 °C v atmosféře vodíku z práškové směsi, sestávající z titanu, karbidu titanu jako plnidla a chloridu amonného jako aktivační přísady.According to the invention, the sintered hard alloy products are subjected to thermodiffusion saturation with titanium at a temperature of 950 to 1100 ° C under a hydrogen atmosphere of a powder mixture consisting of titanium, titanium carbide as a filler and ammonium chloride as an activating additive.

Vynález má použití při výrobě výrobků ze slinutých tvrdých slitin s povlakem vzdorujícím opotřebení, mezi nimi víceplošných zahazovacích břitových destiček, používaných k obrábění kovů, v automobilovém průmyslu, průmyslu obráběcích strojů a jiných průmyslových odvětvích.The invention has utility in the manufacture of wear-resistant sintered hard alloys products, including multi-faced cutting insert used for metalworking, in the automotive, machine tool, and other industries.

Vynález se týká způsobu nanášení titankarbidových povlaků na výrobky ze slinutých tvrdých slitin.The present invention relates to a method for depositing titanium carbide coatings on sintered hard alloy products.

Vynález nachází využití při výrobě výrobků ze slinutých tvrdých slitin s povlakem vzdorujícím opotřebení, mezi nimi mnohoplošných břitových destiček používaných v obrábění kovů, automobilovém průmyslu, průmyslu obráběcích strojů a jiných průmyslových oborech.The invention finds utility in the manufacture of wear-resistant sintered hard alloy products, including multi-cutting inserts used in the metal machining, automotive, machine tool and other industries.

Známý je způsob nanášení titankarbidových povlaků, vzdorujících opotřebení, na slinuté tvrdé slitiny na bázi karbidu wolframu, titanu a kobaltu z plynné fáze, obsahující chlorid titaničitý, metan a vodík (švéd. patent č. 332 328).A method is known for depositing wear-resistant titanium carbide coatings on tungsten carbide, titanium and cobalt sintered hard alloys containing titanium tetrachloride, methane and hydrogen (Swedish Patent No. 332 328).

Provádění tohoto způsobu vyžaduje vyvinutí složité přístrojové sestavy, zaručující přesnou regulaci složení složek plynné směsi, její rychlosti proudění, jakož i výrobu velmi čistého vodíku.The implementation of this method requires the development of a complex instrumentation ensuring precise control of the composition of the gas mixture components, its flow rate as well as the production of very pure hydrogen.

Je již známé nanášení povlaků na výrobky z různých kovů a slitin termodifúzním nasycování výrobků kovem z práškové směsi.It is already known to apply coatings to products of various metals and alloys by thermodiffusion saturation of products with a metal powder mixture.

Známý je způsob výroby povlaků, vzdorujících opotřebení, z karbidu titanu na výrobky ze slinutých tvrdých slitin termodifúzním sycením výrobků titanem z práškové směsi obsahující 5 až 70 % hmotnosti titanu, 0 až 20 % hmotnosti chrómu, 25 až 85 % hmotnosti kysličníku hlinitého jako plnidla a 0,1 až 5 % hmotnosti chloridu amonného nebo kapalného chloridu titaničitého jako aktivační přísady. Proces se provádí v atmosféře vodíku při teplotě 850 až 1250 °C během 3 hodin (franc. patent číslo 2 304 590). Uvedený způsob je velmi složitý, protože se musí použít speciálního hermetického vybavení, aby se zabránilo znečišťování okolního ovzduší jedovatým chloridem titaničitým.A method is known for producing wear-resistant coatings of titanium carbide on sintered hard alloy products by thermally diffusing the products with titanium from a powder mixture containing 5 to 70% by weight of titanium, 0 to 20% by weight of chromium, 25 to 85% by weight of alumina as filler and 0.1 to 5% by weight of ammonium chloride or liquid titanium tetrachloride as activating additive. The process is carried out in a hydrogen atmosphere at 850 to 1250 ° C for 3 hours (French Patent No. 2,304,590). This method is very complex, since special hermetic equipment must be used to prevent pollution of the ambient air with toxic titanium tetrachloride.

Při realizaci tohoto způsobu se získá dvou vrstvý povlak. Horní vrstva sestává z karbidu titanu, spodní vrstva ze složitého karbidu wolframu a titanu. Značná tloušťka spodní vrstvy (5 až 8 ^m) svědčí o znatelné difúzi wolframu z tvrdé slitiny do vrstvy. Přitom dochází také k difúzi kobaltu do vrstvy z tvrdé slitiny, což má jak známo nepříznivý vliv na odolnost proti opotřebení tvrdé slitiny s povlakem. Kromě toho vede použití kysličníku hlinitého jako plnidla k znečištění povlaku, což zhoršuje řezné vlastnosti výrobků.In this process, a two-layer coating is obtained. The top layer consists of titanium carbide, the bottom layer of complex tungsten carbide and titanium. The considerable thickness of the backsheet (5 to 8 µm) indicates a noticeable diffusion of hard alloy tungsten into the layer. The cobalt also diffuses into the hard alloy layer, which has a known adverse effect on the wear resistance of the coated hard alloy. In addition, the use of alumina as a filler leads to fouling of the coating, which impairs the cutting properties of the products.

Úkolem vynálezu je vyvinout složení práškové směsi způsob nanášení povlaků z karbidu titanu s odolností proti opotřebení na výrobky ze slinutých tvrdých slitin, který umožňuje zvýšit odolnost uvedených výrobků proti opotřebení.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a powder composition composition of a wear resistant coating of titanium carbide coatings on sintered hard alloy products which makes it possible to increase the wear resistance of said products.

Výše uvedené nedostatky nemá nanášení titankarbidových povlaků na výrobky ze slinutých tvrdých slitin podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se uvedené výrobky podrobí termodifúznímu sycení titanem při teplotě 950 až 1100 °C v atmosféře vodíku z práškové směsi, sestávající z 20 až 60 % hmotnosti titanu, 40 až 80 θ/o hmotnosti plnidla a 1 až 5 % hmotnosti chloridu amonného jako aktivačního prostředku, přičemž se jako plnidla používá karbidu titanu.The above-mentioned drawbacks do not have the deposition of titanium carbide coatings on the sintered hard alloy products according to the invention which consists in subjecting said products to thermodiffusion saturation with titanium at a temperature of 950 to 1100 ° C in a hydrogen atmosphere of a powder mixture consisting of 20 to 60% % by weight of titanium, 40 to 80% by weight of the filler, and 1 to 5% by weight of ammonium chloride as activating agent, wherein the filler used is titanium carbide.

Výhodou způsobu podle vynálezu je, že použití karbidu titanu jako plnidla umožňuje získat povlaky z titankarbidu odolné proti opotřebení, které vyvolávají zvýšení životnosti výrobků při třískovém obrábění surového železa a ocele o 4- až 6násobek při tloušťce povlaku 6 až 18 μητThe advantage of the process according to the invention is that the use of titanium carbide as a filler makes it possible to obtain wear-resistant titanium carbide coatings which increase the product life of pig iron and steel machining by 4 to 6 times at a coating thickness of 6 to 18 μητ

Způsob podle vynálezu k nanášení povlaků vzdorujících opotřebení se provádí následovně.The method according to the invention for the application of wear-resistant coatings is carried out as follows.

Předem omyté výrobky ze slinutých tvrdých slitin se vloží do ocelových nebo grafitových nádob s práškovou směsí, sestávající z 20 až 60 % hmotnosti titanu, 40 až 80 % hmotnosti karbidu titanu jako plnidla a 1 až 5 % hmotnosti chloridu amonného jako aktivační přísady. Nádoby se vloží do horizontálních průběžných pecí, jakých se používá obvykle pro slinování při výrobě tvrdých slitin. Pochod se provede při teplotě 950 až 1100 °C v atmosféře vodíku během 0,5 až 2 hodin.The pre-washed sintered hard alloy products are placed in steel or graphite powder mix containers consisting of 20 to 60% by weight of titanium, 40 to 80% by weight of titanium carbide as filler and 1 to 5% by weight of ammonium chloride as activating additive. The vessels are placed in horizontal continuous furnaces, such as are usually used for sintering in the production of hard alloys. The process is carried out at a temperature of 950 to 1100 ° C under a hydrogen atmosphere for 0.5 to 2 hours.

Nádoby se pohybují pecí plynule a po průchodu chladicí zónou se vyprázdní. Tloušťka nanesené vrstvy se řídí teplotou ohřívací zóny pece jakož i rychlostí pohybu nádob s výrobky.The vessels are moved continuously through the furnace and emptied after passing through the cooling zone. The thickness of the deposited layer is controlled by the temperature of the furnace heating zone as well as the speed of movement of the product containers.

Po vyjmutí z nádoby se výrobky očistí od prášků, například v ultrazvukovém zařízení. Na témže zařízení lze destičky před nanesením povlaku mýt.After removal from the container, the products are cleaned of powders, for example in an ultrasonic device. On the same apparatus, the plates may be washed prior to coating.

Při teplotě pod 950 °C a obsahu karbidu titanu v práškové směsi přes 80 % hmotnosti klesá rychlost růstu povlaku, zatímco při teplotě nad 1100 °C o obsahu karbidu titanu v práškové směsi pod 40 % hmotnosti dochází ke slinování prášků a zhoršení čistoty povrchu výrobků.At a temperature below 950 ° C and a titanium carbide content in the powder mixture of over 80% by weight, the growth rate of the coating decreases, whereas at a temperature above 1100 ° C with a titanium carbide content in the powder mixture below 40% by weight.

Použití titanu při způsobu podle vynálezu umožňuje obejít speciální čištění vodíku, což je při nanášení povlaků z plynné fáze nutné.The use of titanium in the process according to the invention makes it possible to bypass the special purification of hydrogen, which is necessary when applying coatings from the gas phase.

Použití chloridu amonného jako aktivační přísady ve směsi vede ke vzniku halogenidů titanu, což urychluje pochod termodifúzního sycení tvrdé slitiny titanem.The use of ammonium chloride as an activating additive in the mixture leads to the formation of titanium halides, which accelerates the process of thermodiffusion saturation of the hard alloy with titanium.

Použití karbidu titanu jako plnidla zabraňuje spékání směsi a vyvolává na rozdíl od kysličníku hlinitého velkou rychlost vytváření povlaku (10 až 15 μΐη/h).The use of titanium carbide as a filler prevents the mixture from caking and, unlike alumina, produces a high coating rate (10 to 15 μΐη / h).

Získají se přitom rovnoměrnější povlaky bez ulpělých částic prášků an nečistot.More uniform coatings are obtained without adhering powder particles and impurities.

Velká rychlost vytváření stejnoměrných povlaků homogenního složení při použtí karbidu titanu jako plnidla, lze přičítat následujícím faktorům.The high rate of formation of uniform coatings of homogeneous composition using titanium carbide as a filler can be attributed to the following factors.

V atmosféře vodíku tvoří karbid titanu uhlovodíky, které se podílejí na tvorbě karbidu v narůstajícím povlaku, čímž se růst povlaků významně urychluje. Přitom se snižuje difúze složek tvrdé slitiny do povlaku. Jak známo, snižuje difúze tvrdé slitiny do povlaku značně odolnost vůči opotřebení tvrdé slitiny s povlakem.In a hydrogen atmosphere, titanium carbide forms hydrocarbons that are involved in the formation of carbide in the increasing coating, thereby significantly accelerating the growth of the coatings. The diffusion of the hard alloy components into the coating is thereby reduced. As is known, the diffusion of the hard alloy into the coating greatly reduces the wear resistance of the coated alloy.

Protože je rychlost růstu povlaků velká, nejsou zapotřebí speciální hermetické nádoby, což podstatně zjednodušuje jejich konstrukci. Nádoby s výrobky se neuzavírají hermeticky víkem.Since the growth rate of the coatings is high, no special hermetic containers are required, which greatly simplifies their construction. Product containers are not hermetically sealed with lids.

Krámě toho usnadňuje použití karbidu titanu místo kysličníku hlinitého proces chemického zpracování použitých práškových směsí.The use of titanium carbide in place of alumina is facilitated by the chemical treatment of the powder mixtures used.

Na povrchu výrobků ze slinutých tvrdých slitin se vytváří povlaky titankarbidu o tloušťce 6 až 18 ^m.Titanium carbide coatings having a thickness of 6 to 18 µm are formed on the surface of the sintered hard alloy products.

Mikrotvrdost získaných povlaků karbidu titanu činí 25 až 27.10³ MPa.The microhardness of the titanium carbide coatings obtained is 25 to 27.10 ³ MPa.

Tím vzroste odolnost proti opotřebení tvrdé slitiny s povlakem karbidu při třískovém obrábění surového železa a ocelí o 4- až 6násobek.This increases the wear resistance of the carbide-coated hard alloy in the machining of pig iron and steel by 4 to 6 times.

K lepšímu pochopení předmětného vynálezu jsou dále uvedeny konkrétní příklady jeho provedení.In order to better understand the present invention, specific examples are set forth below.

Příklad 1Example 1

Víceplošné břitové destičky z tvrdé slitiny o složení WC-Co (6 % hmotnosti Co] se vloží v grafitových nebo ocelových nádobách do práškové směsi, sestávající z 60 % hmotnosti titanu, 39 % hmotnosti karbidu titanu a 1 °/o hmotnosti chloridu amonného. Nádoba s břitovými destičkami se zahřívá v atmosféře vodíku při teplotě 950 °C po dobu 2 hodin. Přitom se vytvoří na povrchu výrobku povlak karbidu titanu o tloušťce 8 μπι.Solid alloy multi-surface inserts with WC-Co composition (6% Co) are placed in graphite or steel containers in a powder mixture consisting of 60% titanium, 39% titanium carbide and 1% ammonium chloride. with a cutting insert, heat in a hydrogen atmosphere at 950 ° C for 2 hours, forming a coating of 8 μπι titanium carbide on the product surface.

Při třískovém obrábění šedého surového železa při řezné rychlosti 140 m/min, hloubce 1 mm, posuvu 0,5 mm za jednu otáčku stoupne odolnost proti opotřebení zahazovací břitové destičky se získaným povlakem karbidu titanu o 4,5násobek oproti břitové destičce bez povlaku z tvrdé slitiny stejného složení.When machining gray pig iron at a cutting speed of 140 m / min, 1 mm depth, 0.5 mm feed per revolution, the wear resistance of a titanium carbide tipping insert increases by 4.5 times that of a hard alloy tip of the same composition.

Příklad 2Example 2

Víceplošná břitová destička z tvrdé slitiny, jejíž složení je stejné jako u destičky popsané v příkladu 1, se vloží do nádoby s práškovou směsí, sestávající ze 40 % hmotnosti titanu, 58,5 % hmotnosti karbidu titanu, 1,5 °/o hmotnosti chloridu amonného, a udržuje jednu hodinu při teplotě 1050 °C v atmosféře vodíku.A multi-faced hard alloy cutting insert, the composition of which is the same as that described in Example 1, is placed in a powder mix vessel consisting of 40% by weight of titanium, 58.5% by weight of titanium carbide, 1.5% / by weight of chloride ammonium, and maintained at 1050 ° C for one hour in a hydrogen atmosphere.

Vytvoří se poviak karbidu o tloušťce 12 μΐη. Při třískovém obrábění šedého surového železa za podmínek uvedených v příkladu 1 vzroste odolnost proti opotřebení britových destiček o 5,6násobek, při třískovém obrábění ocele, obsahující 18 % hmotnosti Cr, 10 % hmotnosti Ni a 0,6 % hmotnosti Ti, o 4,6násobek oproti břitovým destičkám bez povlaku z tvrdé slitiny stejného složení.A carbide bed of 12 μΐη thickness is formed. In the machining of gray pig iron under the conditions given in Example 1, the wear resistance of the inserts increases by 5.6 times, in the machining of steel containing 18% by weight Cr, 10% by weight Ni and 0.6% by weight Ti, by 4.6 times as opposed to hard-alloy inserts of the same composition.

Příklad 3Example 3

Víceplošné břitové destičky z tvrdé slitiny o složení WC-TiC-TaC-Co (18 % hmotnosti TiC, 2 % hmotnosti TaC, 8 % hmotnosti Co) se podrobí úpravě v práškové směsi z 20 % hmotnosti titanu, 75 % hmotnosti karbidu titanu, 5 % hmotnosti chloridu amonného při teplotě 1100 °C po dobu 0,5 hodiny v atmosféře vodíku.Multi-faceted hard alloy inserts of WC-TiC-TaC-Co composition (18% TiC, 2% TaC, 8% Co) are treated in a powder blend of 20% titanium, 75% titanium carbide, 5 % by weight of ammonium chloride at 1100 ° C for 0.5 hour under a hydrogen atmosphere.

Vytvoří se povlak karbidu titanu o tloušťce 18 μΐη. Při třískovém obrábění ocele, obsahující 0,5 % hmotnosti uhlíku, za podmínek popsaných v příkladu 1 vzroste odolnost proti opotřebení britových destiček o 6násobek oproti břitovým destičkám z tvrdé slitiny stejného složení bez povlaku.A titanium carbide coating of 18 μΐη is formed. In the machining of steel containing 0.5% by weight of carbon under the conditions described in Example 1, the wear resistance of the cutting inserts increases by 6 times compared to the hard alloy cutting inserts of the same composition without coating.

Claims

SUBJECT

Method for depositing titanium carbide coatings on sintered hard alloy products, characterized in that said products are subjected to thermodiffusion saturation with titanium at a temperature of 950 to 1100 ° C in a hydrogen atmosphere

OF THE INVENTION from a powder mixture consisting of 20 to 60% by weight of titanium, 40 to 80% by weight of filler and 1 to 5% by weight of ammonium chloride as activator, wherein the filler used is titanium carbide.