BR102014015836B1

BR102014015836B1 - Ferramenta de corte revestida

Info

Publication number: BR102014015836B1
Application number: BR102014015836-7A
Authority: BR
Inventors: Ostlund Âke; Edman Jonny; Lindahl Erik; Engqvist Jan
Original assignee: Sandvik Intellectual Property Ab
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2022-01-25
Also published as: CN104249165A; RU2014126092A; JP6026468B2; EP2818573A1; CN104249165B; US9463513B2; ES2570537T3; JP2015009358A; BR102014015836A2; RU2667187C2; KR102256425B1; EP2818573B1; KR20170049473A; US20150003925A1; KR20150001680A

Abstract

FERRAMENTA DE CORTE REVESTIDA? A presente invenção se refere a uma ferramenta de corte revestida compreendendo um substrato e um revestimento. Em concordância com a presente invenção, o revestimento compreende: - uma camada de MTCVD TiCN; e - uma camada de a-Al2O3; - em que camada de a-Al2O3 exibe um padrão de difração de raios X, como mensurado utilizando radiação de CuKa; - em que as reflexões (hkl) utilizadas são (012), (104), (110), (113), (116), (300), (214) e (0 0 12), e em que TC de (0 0 12) é mais alto do que 5; e em que: - uma metade de largura total máxima (FWHM) de um pico de curva oscilante do plano de (0 0 12) da a- Al2O3 utilizando difração de raios X como mesurada sobre a face de folga da ferramenta de corte é FWHM menor do que 300.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a uma ferramenta de corte revestida para usinagem de formação de cavaco de metais compreendendo um substrato possuindo uma superfície revestida com um revestimento de deposição de vapor químico (CVD). A ferramenta de corte revestida em concordância com a presente invenção é particularmente útil para transformação (torneamento) de aços, tais como aços de baixa liga, aços carbono e aços endurecidos resistentes.

PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA

[002] Deposição de Vapor Químico [Chemical Vapour Deposition (CVD)] de revestimentos resistentes ao desgaste sobre ferramentas de corte de metal duro tem sido uma prática industrial por mais do que 30 anos. Propriedades de pastilhas revestidas foram constantemente aperfeiçoadas durante os anos; o tempo de vida útil e confiabilidade em termos de resistência para fratura de borda foram reforçado/as consideravelmente. Um notável aperfeiçoamento em desempenho de pastilhas de ferramenta revestidas por CVD apareceu quando Ti(C,N) produzido pela técnica de MTCVD [Moderate Temperature CVD (Deposição de Vapor Químico de Temperatura Moderada)] começou a entrar na indústria de ferramentas a cerca de 10 anos - 15 anos atrás. Um aperfeiçoamento nas propriedades de dureza (resistência, tenacidade) da pastilha de ferramenta de corte foi, então, obtido. Atualmente, a maior parte de produtores de ferramentas utilizam esta técnica.Revestimentos modernos de ferramentas atuais também incluem pelo menos uma camada de Al2o3 para conseguir alta resistência ao desgaste e para proteger o substrato de carbeto (de metal duro) a partir de calor excessivo durante corte.

[003] O pedido de patente europeu número EP 1.953.258 A1 apresenta que uma ferramenta de corte proporcionada como uma camada de α-alumina com uma textura de (001), como mensurada por um pico de difração forte de (006), resulta em uma dureza aperfeiçoada e uma resistência a desgaste aperfeiçoada da ferramenta de corte. A tendência para deformação plástica da borda de corte foi reduzida.

[004] O pedido de patente europeu número WO 2013/037997 apresenta uma pastilha de corte para transformação em aço, compreendendo uma camada de α-Al2O3 com uma textura de (001) como mensurada por um pico de difração forte de (0 0 12). A pastilha é submetida para um tratamento de jateamento de superfície para proporcionar um estado de estresse específico na pastilha de corte.

RESUMO DA INVENÇÃO

[005] É um objetivo da presente invenção o de proporcionar uma pastilha de ferramenta de corte revestida por alumina com desempenho aperfeiçoado em operações de corte. É um objetivo adicional da presente invenção o de proporcionar uma ferramenta de corte revestida com resistência ao desgaste aperfeiçoada, por exemplo, uma resistência mais alta para desgaste de cratera e uma resistência reforçada para deformação plástica da borda de corte. Um outro objetivo da presente invenção é o de proporcionar uma ferramenta de corte com alto desempenho em transformação de aço, tais como aços de baixa liga, aços carbono e aços endurecidos resistentes.

[006] Estes objetivos da presente invenção são conseguidos por uma ferramenta de corte em concordância com a reivindicação independente. Concretizações preferidas da presente invenção são apresentadas nas reivindicações dependentes.

[007] A ferramenta de corte em concordância com a presente invenção compreende uma ferramenta de corte revestida compreendendo um substrato e um revestimento, em que o revestimento compreende uma camada de MTCVD TiCN, e uma camada de α-Al2O3, em que a camada de α-Al2O3 exibe um padrão de difração de raios X, como mensurado utilizando radiação de CuKα e de θ - 2θ scan, em que o coeficiente detextura TC(hkl) é definido, em concordância com a fórmula de Harris:

[008] Onde:- I(hkl) = int ensidade mensurada (área integrada) dareflexão (hkl);- I0(hkl) = intensidade padrão em concordância comcartão de ICDD’s PDF No. 00-010-0173;- n = número de reflexões utilizadas no cálculo;- reflexões (hkl) utilizadas são (012), (104), (110),(113), (116), (300), (214) e (0 0 12), e em que TCde (0 0 12) é mais alto do que 5, e preferivelmente mais alto do que 6, e o mais preferivelmente mais alto do que 7.

[009] Uma camada de α-Al2O3 com um alto TC de (0 0 12)tem mostrado ser vantajosa como uma camada sobre uma ferramenta de corte devido para o fato de sua alta resistência ao desgaste de cratera e também sua habilidade para reduzir a tendência para deformação plástica da borda de ferramenta de corte.

[010] Uma maneira para estudar a textura em um revestimento é a de utilizar uma assim chamada mensuração de curva de oscilação, também chamada de um a scan. O princípio para as mensurações é o de um ângulo fixo 2θ, correspondendo para o valor d de um plano específíco, e detecção da intensidade difratada quando a amostra é inclinada (ou “oscilada”), isto é, o ângulo de incidência a é escaneado. Se os planos estão perfeitamente alinhados em paralelo com a superfície (por exemplo, em um cristal único) a condição de Bragg irá ser preenchida quando o ângulo a é metade do ângulo 2θ e, portanto, um pico irá aparecer em um valor correspondendo para metade do valor 2θ. Para um cristal único perfeito, a ampliação (o alargamento) do pico irá ser igual para a divergência do feixe de raios X incidente. Uma ampliação adicional do pico indica que a camada compreende grãos texturizados não alinhados perfeitamente alinhados relativamente para a superfície do substrato.

[011] Na presente invenção, a α-Al2O3 mostra um alto TC de (0 0 12), isto é, uma forte textura de (0 0 1), e o grau de perfeição de textura através da integridade de camada de α-Al2O3 foi estudada por análise da curva de oscilação do plano de (0 0 12).

[012] Uma maneira de expressar a agudeza da curva de oscilação é a de calcular um valor de metade de largura total máxima (FWHM) de um pico. Um menor valor de FWHM corresponde para um revestimento mais bem texturizado através da integridade de camada de α-Al2O3.

[013] Na medida em que uma alta textura de (0 0 1) se mostrou vantajosa em resistência aumentada para desgaste de cratera e resistência para deformação plástica, uma alta textura de (0 0 1) através de toda a integridade, ou pelomenos da maior parte, da espessura de revestimento é considerada vantajosa. Isto tem se mostrado ser vantajoso também em resistência aumentada para desgaste de flanco da borda de corte.

[014] O revestimento em concordância com a presente invenção compreende uma camada de α-Al2O3 com uma metade de largura total máxima (FWHM) de um pico de curva de oscilação do plano de (0 0 12) da α-Al2O3 utilizando difração raios X como mensurada sobre a face de folga da ferramenta de corte é de FWHM menor do que 300, e preferivelmente menor do que 260, e mais preferivelmente menor do que 220.

[015] A ferramenta de corte em concordância com a presente invenção é para usinagem de formação de cavaco de metais e é preferivelmente uma pastilha de transformação (torneamento). O substrato é o corpo que é revestido pelo revestimento de superfície. O corpo (isto é, o substrato) pode ser feito de um cermeto (cermet) ou de um metal duro (cemented carbide). O corpo é, em uma concretização da presente invenção, feito de metal duro, em que o metal duro compreende 4 % em peso - 15 % em peso de Co, e preferivelmente 6 % em peso - 8 % em peso de Co, e mais preferivelmente 10 %em volume - 14 % em volume de carbetos cúbicos dos metais apartir dos grupos IV, V e VI da tabela periódica, preferivelmente Ti, Nb e Ta.

[016] Em uma concretização da presente invenção, o substrato de metal duro compreende uma zona de superfície enriquecida em cobalto a partir da interface entre o corpo e o revestimento para uma profundidade de 15 μm - 25 μm para o corpo sendo essencialmente livre a partir de carbetos cúbicos, determinando à pastilha de corte uma excelente dureza com resistência preservada para deformação plástica.

[017] Em uma concretização da presente invenção, a camada de α-Al2O3 é de 2 μm - 15 μm, e preferivelmente de 3 μm - 7 μm, e o mais preferivelmente de 4 μm - 6 μm.

[018] Em uma concretização da presente invenção, a camada de TiCN é de 2 μm - 15 μm, e preferivelmente de 5 μm - 12 μm, e o mais preferivelmente de 7 μm - 11 μm.

[019] Em uma concretização da presente invenção, a ferramenta de corte foi submetida para um tratamento de jateamento para aumentar as propriedades de dureza do revestimento. O tratamento de jateamento afeta a condição de estresse do revestimento. Um jateamento excessivamente duro irá conduzir para formação de trinca e cavaqueamento do revestimento. A força de impacto de jateamento pode ser controlada, por exemplo, pela pressão de polpa de jateamento, pelo projeto do bocal de jateamento, pela distância entre bocal de jateamento e superfície de revestimento, pelo tipo de meio de jateamento, pelo tamanho de grão do meio de jateamento, pela concentração do meio de jateamento em fluído de jateamento e pelo ângulo de impacto do jato de jateamento.

[020] Uma maneira de mensuração do estado de estresse no revestimento é a de estudo da ampliação (do alargamento) de um pico específíco em um scan θ - 2θ de raios X. O pico é tipicamente mais amplo para um revestimento com um gradiente de estresse do que para um revestimento sem gradiente de estresse. A largura de pico mensurada conseguida depois de jateamento do revestimento irá determinar uma mensuração indireta do gradiente de estresse no revestimento se a largura de pico é comparada com a largura de pico do mesmo pico mensurado a partir de um revestimento como depositado.

[021] O plano de cristal intuitivo para utilização para uma análise é o plano em paralelo com a superfície do plano de revestimento texturizado que está em paralelo com a superfície de substrato e preferivelmente um pico em um alto valor de 2θ. Neste caso, o pico de (0 0 12) é selecionado.O pico de (0 0 12) é vantajoso em que ele possui uma posição em um ângulo especialmente alto e, conseqüentemente, umapequena mudança em parâmetro de célula determina uma mudança relativamente grande em largura de pico.

[022] A largura de pico de difração de um revestimentojateado pode ser comparada com a largura de pico de difraçãode um revestimento não jateado, ou, do mesmo revestimento depois de relaxamento de estresse por tratamento térmico como apresentado posteriormente. Esta diferença é aqui definida como diferença Δ, em que a diferença Δ = FWHM (estressada) - FWHM (não estressada), isto é, a diferença entre a metade de largura total máxima (FWHM) do pico de difração como submetida para jateamento, e a metade de largura total máxima (FWHM) do pico de difração em um estado como anteriormente para jateamento. Por exemplo, sobre uma ferramenta de corte compreendendo uma face de folga e uma face de ataque, e em que somente a face de ataque foi jateada, o pico de difração da face de folga pode ser comparado com correspondente o pico de difração da face de ataque.

[023] Em uma concretização da presente invenção, um estado de estresse na camada de α-Al2O3 é mudado a partir de seu estado de estresse como depositado, e por intermédio do que a configuração do pico de difração de 2θ (0 0 12) foimudado de maneira tal que a diferença Δ se torna Δ > 0,2; e preferivelmente Δ > 0,3; e o mais preferivelmente Δ > 0,4, ou Δ > 0,5, ou Δ > 0,6 ou Δ > 0,7. Um jateamento épreferivelmente desempenhado, preferivelmente com grãos de Al2O3. O ângulo entre o feixe da lama de jateamento a partir da arma de jateamento para a superfície de ferramenta de corte durante jateamento, e a superfície de ferramenta de corte pode, por exemplo, ser de 700 - 1100, preferivelmentede cerca de 900.

[024] Em uma concretização da presente invenção, umadiferença Δ entre a FWHM do pico de difração de (0 0 12)em uma difração de raios X da α-Al2O3 sobre a face deataque da ferramenta de corte e a FWHM do pico de difração de (0 0 12) em uma difração de raios X da α-Al2O3 sobre aface de folga da ferramenta de corte é de Δ > 0,2, epreferivelmente de Δ > 0,3, e o mais preferivelmente de Δ> 0,4, ou Δ > 0,5, ou Δ > 0,6 ou Δ > 0,7. Esta maneira de mensuração da diferença Δ é adequada se a pastilha é, porexemplo, jateada sobre sua face de ataque.

[025] Em uma concretização da presente invenção, a diferença Δ entre a FWHM do pico de difração de (0 0 12) em uma difração de raios X da α-Al2O3 e a FWHM do pico do difração de (0 0 12) em uma difração de raios X de uma ferramenta decorte depois de tratamento térmico a 1.030 0C em N2 por 3 horas é de Δ > 0,2, e preferivelmente de Δ > 0,3, eo mais preferivelmente de Δ > 0,4, ou Δ > 0,5, ou Δ > 0,6ou Δ > 0,7. Esta maneira de mensuração da diferença Δ é útilse a pastilha, por exemplo, foi jateada sobre todas as suas superfícies externas.

[026] Se uma superfície não jateada não é disponível como uma superfície de referência, uma pastilha jateada pode ser termicamente tratada a 1.030 0C em uma atmosfera de N2 por 3 horas de maneira a trazer de volta o seu estado de estresse original, isto é, se tornar comparável com o estado não jateado. Isto é demonstrado no Exemplo 7.

[027] É para ser observado que o estado de estresse do revestimento depois de um processo de CVD, isto é, como revestido ou como depositado, não é livre de estresses residuais. Usualmente, um revestimento de CVD sobre um substrato de metal duro é submetido para estresses de tensão residuais, determinando trincas no revestimento de CVD. O tratamento térmico como apresentado anteriormente é para retransformar o revestimento de CVD para um estado de estresse correspondendo para aquele um como anteriormente para o jateamento.

[028] Em uma concretização da presente invenção, a camada de TiCN exibe um padrão de difração de raios X, como mensurado utilizando radiação de CuKα, em que relação entre a intensidade de área integrada do pico 220 (I220) e a intensidade de área integrada do pico 311 (I311), I220/I311, é menor do que 3, e preferivelmente menor do que 2, e o mais preferivelmente menor do que 1,5; ou menor do que 1, ou menor do que 0,5 ou menor do que 0,3. Isto foi mostrado ser preferido para obter uma forte textura de (0 0 1) através de toda a integridade da camada de α-Al2O3. Para obter tais camadas de MTCVD TiCN é benéfico utilizar relações de volume de TiCl4/CH3CN mais altas do que 2 no processo de MTCVD.

[029] Em uma concretização da presente invenção, a camada de TiCN exibe um padrão de difração de raios X, como mensurado utilizando radiação de CuKα, em que a relação entre a intensidade de área integrada do pico 220 (I220) e aintensidade de área integrada do pico 422 (I422), I220/I422, é menor do que 3, e preferivelmente menor do que 2, e o mais preferivelmente menor do que 1,5; ou menor do que 1, ou menor do que 0,5 ou menor do que 0,3.

[030] Outros objetivos, vantagens e novascaracterísticas da presente invenção irão se tornar aparentes a partir da descrição detalhada a seguir da presente invenção quando considerada em conjunção com os desenhos e reivindicações acompanhantes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA INVENÇÃO

[031] Exemplos de concretizações da presente invenção irão ser apresentados em maiores detalhes.

Exemplo 1 - Deposição de revestimentoAmostra A (Presente invenção)

[032] Ferramentas de corte revestidas (pastilhas) em concordância com uma concretização da presente invenção foram manufaturadas. Substratos de metal duro de tipo ISO CNMG120408 para transformação (torneamento) forammanufaturados a partir de 7,2 % em peso de Co, 2,7 % em pesode Ta, 1,8 % em peso de Ti, 0,4 % em peso de Nb, 0,1 % empeso de N e o babanço sendo WC, compreendendo uma zona de superfície enriquecida em Co de cerca de 25 μm a partir da superfície de substrato e para uma profundidade para o corpo sendo essencialmente livre a partir de carbetos cúbicos.

[033] Os substratos foram submetidos para um processo de revestimento de CVD em um equipamento de CVD do tipo de ligação de íon radial de tamanho 530 que tem capacidade de alojamento de 10.000 pastilhas de corte de tamanho de meia polegada.

[034] As pastilhas foram primeiramente revestidas comuma camada de TiN fina de aproximadamente 0,4 μm e, então,com uma camada de TiCN de 9 μm por emprego da técnica bemconhecida de MTCVD utilizando TiCl4, CH3CN, N2, HCl e H2 a 8850C. A relação de volume de TiCl4/CH3CN duante a deposição deMTCVD da camada de TiCN foi de 2,2.

[035] Sobre o topo da camada de MTCVD TiCN foi depositada uma camada de aglutiação de espessura de 1 μm - 2 μm a 1.000 0C por um processo consistindo de três etapas de reação separadas. Primeiramente uma etapa de TiCN utilizando TiCl4, CH4, N2, HCl e H2 a 400 mbar, e então, uma segunda etapautilizando TiCl4, CH3CN, CO, N2, HCl e H2 a 70 mbar efinalmente uma terceira etapa utilizando TiCl4, CH3CN, AlCl3, CO, N2 e H2 a 70 mbar.

[036] Antes do início da nucleação de Al2O3, a camada de aglutinação foi oxidada por 4 minutos em uma mistura de CO2, CO, N2 e H2.

[037] A camada de Al2O3 foi depositada a 1.000 0C e 55 mbar em duas etapas. A primeira etapa utilizando 1,2 % emvolume de AlCl3, 4,7 % em volume de CO2, 1,8 % em volume de HCl e o balanço sendo H2 determinando cerca de 0,1 μm de Al2O3e a segunda etapa utilizando 1,2 % em volume de AlCl3, 4,7% em volume de CO2, 2,9 % em volume de HCl, 0,6 % em volume de H2S e o balanço sendo H2 determinando uma espessura de camada total de Al2O3 de cerca de 5 μm.

[038] Uma camada colorida a mais externa compreendendoTiN foi aplicada com uma espessura de cerca de 1 μm.

Amostra B (Referência)

[039] Pastilhas revestidas foram manufaturadas em um processo como correspondendo para aquele um para a Amostra A, exceto em que um diferente processo de deposição de revestimento de CVD foi utilizado como apresentado posteriormente.

[040] As pastilhas foram primeiramente revestidas com uma camada fina de TiN de aproximadamente 0,4 μm e, então, com uma camada de TiCN de 9 μm por emprego da bem conhecida técnica de MTCVD utilizando TiCl4, CH3CN, N2, H2 eopcionalmente com alguma adição de HCl a 885 0C. A relação em volume de TiCl4/CH3CN foi mantida mais alta do que 2durante a deposição de camada de TiCN.

[041] Sobre o topo da camada de MTCVD TiCN estava uma camada de aglutinação de espessura de 1 μm - 2 μm depositada a 1.000 0C utilizando duas etapas de reação separadas.Primeiramente uma etapa de TiCN utilizando TiCl4, CH4, N2 eH2 a 55 mbar, e então, uma segunda etapa utilizando TiCl4, COe H2 a 55 mbar de pressão.

[042] Antes do início da nucleação de Al2O3, a camada de aglutiação foi oxidada por uma mistura de CO2, HCl e H2 porum curto período de tempo, de cerca de 2 minutos.

[043] A camada de Al2O3 foi depositada a 1.000 0C e 55mbar em duas etapas. Durante a primeira etapa os seguintes gases foram utilizados: 1,2 % em volume de AlCl3, 4,7 % emvolume de CO2, 1,8 % em volume de HCl e o balanço sendo H2determinando cerca de 0,1 μm de Al2O3. A segunda etapa foi de utilização de 1,2 % em volume de AlCl3, 4,7 % em volume de CO2, 2,9 % em volume de HCl, 0,35 % em volume de H2S e obalanço sendo H2 determinando uma espessura de camada de Al2O3 total de cerca de 5 μm.

[044] Uma camada colorida a mais externa compreendendoTiN foi aplicada com uma espessura de cerca de 1 μm.

Exemplo 2 (Jateamento)

[045] O jateamento foi desempenhado sobre as faces deataque das ferramentas de corte. A lama de jateamento consistiu de 20 % em peso de alumina em água e um ângulo de900 entre a face de ataque da pastilha de corte e a direçãoda lama de jateamento. A distância entre o bocal de arma e a superfície da pastilha foi de cerca de 145 mm. A pressão dalama para a arma foi de 1,8 bar para todas as amostras, enquanto a pressão de ar para a arma foi de 2,1 bar (tratamento de jateamento 1), 2,2 bar (tratamento dejateamento 2) ou 2,5 bar (tratamento de jateamento 3). Os cascalhos (grãos) de alumina foram de mesh F220 (FEPA 42 - 1 : 2006). A média de tempo para jateamento por unidade de área foi de 4,4 segundos. Três diferentes tratamentos de jateamento foram avaliados para a Amostra A. A Amostra A tratada com o tratamento de jateamento 1 é aqui posteriormente chamada de Amostra A1, e se tratada com o tratamento de jateamento 2 chamada de Amostra A2, e se tratada com o tratamento de jateamento 3 chamada de Amostra A3. A Amostra B foi jateada com o tratamento de jateamento 2 (Amostra B2).

Exemplo 3 - Mensurações de TC (0 0 12) de uma camada dea-Al2θ3

[046] Raios X de Cu-Kα foram utilizados para asmensurações. Os espelhos atados para a fonte de raios X de microfoco focalizam o feixe de cerca de 0,8 mm x 0,8 mm sem colimador de pinhole (orifício). As mensuraçõess foram feitas com uma voltage de 50 kV e com uma corrente de 1 mA, resultando em uma energia máxima de 50 W. Um colinador de pinhole de 0,5 mm foi utilizado de maneira a ter capacidade de mensurar sobre pequenas áreas planas sobre a face de ataque de pastilhas. A intensidade difratada a partir da amostra foi mensurada com três imagens, com o detector de área em diferentes posições 2θ, resultando em informação de difração entre 150 e 1050 em 2θ. As imagens foram, conseqüentemente, fundidas (misturadas) em software de Brukers EVA (V 3.0) e convertidas para difratogramas 1D por integração em que no software de Bruker foi definida como direção Gamma.

[047] De maneira a investigar a textura da camada de α- Al2O3, difração de raios X foi conduzida utilizando radiação CuKα e coeficientes de textura TC (hkl) para diferentes direções de crescimento dos grãos de coluna da camada de α- Al2O3 foram calculados em concordância com a fórmula de Harris:

[048] Onde:- I(hkl) = int ensidade mensurada (área integrada) dareflexão (hkl);- I0(hkl) = intensidade padrão em concordância comcartão de ICDD’s PDF No. 00-010-0173;- n = número de reflexões a serem utilizadas nocálculo; - e neste caso, as reflexões (hkl) utilizadas são (01 2), (1 0 4), (1 1 0), (1 1 3), (1 1 6), (3 0 0),(2 1 4) e (0 0 12).

[049] A análise de dados, incluindo subtração de fundo, descamação de Cu-Kα2 e montagem de perfil dos dados, foi feita utilizando software de PANalytical’s X’Pert HighScore Plus. A saída (áreas de pico integradas para a curva de perfil montada) a partir deste programa foi, então, utilizada para calcular os coeficientes de textura da α-Al2O3 por compararação da relação dos dados de intensidade mensurados com os dados de intensidade padrão (PDF record no. 10-0173), utilizando a fórmula de Harris. Na medida em que a camada de α-Al2O3 foi uma película finitamente espessa, as intensidades relativas de um par de picos em diferentes ângulos 2θ são diferentes do que estas intensidades relativas são para amostras volumosas, devido para o fato das diferenças em compriento de caminho através da α-Al2O3. Conseqüentemente, correção de película fina foi aplicada para as intensidades de área de pico integradas para a curva montada de perfil, levando em consideração também o coeficiente de absorção linear de α-Al2O3, quando calculando os valores de TC. Na medida em que possíveis camadas adicionais acima da camada de α-Al2O3 irão afetar as intensidades de raios X adentrando a camada de α-Al2O3 e deixando a integridade de revestimento, correções necessitam serem feitas para estas e bem como levando em consideração o coeficiente de absorção linear para o respectivo composto em uma camada. Alternativamente, uma camada adicicional, tal como TiN, acima da camada de alumina pode ser removida por um método que não substancialmente influencia os resulados de mensuração de XRD, por exemplo, decapagem.

[050] Os valores de TC (0 0 12) para a camada de α-Al2O3 de Amostra A1, A2, A3 e B2, como mensurados sobre a face de ataque, são mostrados na Tabela 2.

Exemplo 4 - Mensurações de área de intensidade, I220/I311,de TiCN

[051] O equipamento utilizado para as mensurações de XRD da camada de TiCN foi o mesmo como para as mensurações de TC de α-Al2O3 no Exemplo 3 utilizando a mesma metodologia e os mesmos parâmetros de equipamento. Neste caso, a face de folga não jateada foi mensurada.

[052] De maneira a investigar as intensidades de pico (área de pico integrada) da camada de TiCN, difração de raios X foi conduzida utilizada radiação de CuKα.

[053] A análise de dados, incluindo subtração de fundo, descamação de Cu-Kα2 e montagem de perfil dos dados, foi feita utilizando software de PANalytical’s X’Pert HighScore Plus. A saída a partir deste programa foi integrada para áreas de pico para a curva de perfil montada. Na medida em que a camada de TiCN foi uma película finitamente espessa, as intensidades relativas de um par de picos em diferentes ângulos 2θ são diferentes do que estas intensidades relativas são para amostras volumosas, devido para o fato das diferenças em compriento de caminho através da camada de TiCN. Conseqüentemente, correção de película fina foi aplicada para as intensidades de área de pico integradas para a curva montada de perfil, levando em consideração também o coeficiente de absorção linear de TiCN. Na medida em que possíveis camadas adicionais acima da camada de TiCN irão afetar as intensidades de raios X adentrando a camada de TiCN e deixando a integridade de revestimento, correções necessitam serem feitas para estas e bem como, especialmente se suas espessuras são substanciais, neste caso a camada de α-Al2O3 e a camada superior de TiN, levam em consideaação o coeficiente de absorção linear para o respectivo composto em uma camada.

[054] É para ser observado que sobreposição de pico é um fenômeno que pode ocorrer em análise de difração de raios X de revestimentos compreendedo, por exemplo, diversas camadas cristalinas e/ou que são depositadas sobre um substrato compreendendo fases cristalinas, e estas devem ser consideradas e compensadas pela pessoa especializada no estado da técnica. Uma sobreposição de pico de picos a partir da camada de α-Al2O3 com picos a partir da camada de TiCN poderiam influenciar o I220/I311 e/ou o I220/I422. É também para ser observado que, por exemplo, WC no substrato pode apresentar picos de difração próximos para os picos relevantes da presente invenção.

[055] Os valores de intensidade de área (valores corrigidos) para TiCN são mostrados na Tabela 1.Tabela 1 - (Relações de intensidade)

Exemplo 5 - Mensurações de curva de oscilação

[056] Mensuraçõess de curva de oscilação foram desempenhadas em um MRD Philips [Materials Research Diffractrometer (Difratômetro de Pesquisa de Materiais)]. O difratômetro foi operado em foco de linha com radiação de CuKα (tanto α1 e quanto α2). A ótica de incidência foi umespelho de raios X com uma divergência de 0,040 e um colinnadoe de fenda transversal. A ótica de lateral difratada foi um colinador de placa paralela 0,270 e um detector de ponto proporcional de gás. Em um ângulo fixado 2θ de 90,6650,a foi escaneado entre 6,30 e 69,30 com um tamanho de etapa de10 e 10 segundos por etapa em modo contínuo. A camada externa,tal como de TiN, acima da camada de alumina pode ser removidapor um método que não substancialmente influencia os resultados de mensuração de XRD, por exemplo, decapagem. Namedida em que a camada de α-Al2O3 é de espessura finita, ocomprimento de caminho do feixe de raios X dentro da camadade α-Al2O3 irá ser diferente como uma função do ângulo ômega,para o qual os dados de intensidade necessitam ser corrigidos. Isto pode ser feito por se levar em consideração a espessura e o coeficiente de absorção linear como descritos, por exemplo, por Bircholz (Thin Film Analysis by X-ray Scattering, 2.006, Wiley-VLC Verlag, ISBN 3-527-31052-5, capítulo 5.5.3, páginas 211-215).

[057] Os resultados a partir das mensurações de curva de oscilação, como mensurados sobre a face de folga, são mostrados na Tabela 2.

Exemplo 6 - Diferença Δ entre os picos de (0 0 12) deFHWM em θ - 2θ scan

[058] A FWHM do pico de difração de (0 0 12) em umadifração de raios X de θ - 2θ scan, correspondendo para aquela apresentada no Exemplo 3, foi mensurada, sobre a face de ataque jateada e sobre a face de folga não jateada.

[059] A diferença Δ entre a FHWM do pico de (0 0 12) noθ - 2θ scan sobre a face de ataque e a FWHM do pico de (0 012) no θ - 2θ scan sobre a face de folga (não jateada) foimensurada nos gráficos. Os resultados são mostrados na Tabela 2, apresentada como diferença Δ = FWHM (ataque) - FWHM (folga).Tabela 2 (Jateamento)

Exemplo 7 - (Tratamento térmico)

[060] Para verificação de que um tratamento térmico transforma um revestimento jateado de volta para seu estado de estresse como precedente para jateamento, a seguinte experimentação foi desempenhada. Uma pastilha de corte que foi tratada por jateamento em sua face de ataque mostrou uma diferença Δ = FWHM (ataque) - FWHM (folga) de 0,51. A pastilha foi termicamente tratada por 3 horas a 1.030 0C em N2. Depois do tratamento térmico, a diferença Δ = FWHM (ataque) - FWHM (folga) foi de 0,08. Um correspondente tratamento térmico pode, conseqüentemente, ser utilizado no caso em que a pastilha não é somente jateada sobre a face de ataque, mastambém sobre a face de folga, para produzir um revestimentoque é similar para aquele de uma face de folga não jateada.

Exemplo 8 - Teste de desgaste de cratera

[061] As ferramentas de corte revestidas como jateadas em concordância com o Exemplo 2, isto é, Amostras A1, A2, A3, B2, foram testadas em transformação (torneamento) longitudinal em aço de mancal de bola (100CrMo7-3) utilizando os seguintes dados de corte:Velocidade de corte vc: 220 m/minAlimentação de corte, f: 0,3 mm/revoluçãoProfundidade de corte, ap: 2 mm

Estilo de pastilha: CNMG120408-PM

[062] Fluido de trabalho de metal miscível em água foi utilizado.

[063] Uma borda de corte por ferramenta de corte foi avaliada.

[064] Em análise do desgaste de cratera, a área de substrato exposto foi mensurada, utilizando um microscópio óptico de luz. Quando a área de superfície do substrato exposto excedeu 0,2 mm2 o tempo de vida útil da ferramenta foi considerado alcançado. O desgaste de cada ferramenta de corte foi avaliado depois de 2 minutos de corte no microscópio óptico de luz. O processo corte foi, então, continuado com uma mensuração depois de cada 2 minutos de corrida, até que o critério de vida útil foi alcançado. Quando o tamanho da área de cratera excedeu 0,2 mm2 o time até que o critério de vida útil de ferramenta foi encontrado foi estimado fundamentado sobre taxa de desgaste constante assumida entra as duas últimas mensurações. Paralelamente ao desgaste de cratera, desgaste de flanco foi também observado, mas não teve influência neste teste sobre a vida útil de ferramenta. Os resultados são mostrados na Tabela 3.

Exemplo 9 - Teste de dureza

[065] As ferramentas de corte revestidas do Exemplo 2, isto é, Amostras A1, A2, A3, B2 foram testadas em um teste de dureza.

[066] O material de peça de trabalho consistiu de duasbarras de aço carbono (Fe 360C), montadas paralelas uma paraa outra com uma distância entre elas. Em transformação (torneamento) longitudinal desta peça de trabalho, a ferramenta de corte irá ser exposta para duas interrupções por revolução. Neste teste, a dureza da ferramenta de corte mostrou ser crítica para seu tempo de vida útil.

[067] Os seguintes dados de corte foram utilizados:Velocidade de corte vc: 80 m/minProfundidade de corte ap: 1,5 mm

[068] Fluido de trabalho de metal miscível em água foi utilizado.

[069] A alimentação de corte foi aumentada linearmente. O valor de partida foi de 0,15 mm/revolução. Depois de 1 minuto de corte, o valor de alimentação foi de 0,30 mm/revolução e depois de 2 minutos de corte, o valor de alimentação foi de 0,45 mm/revolução.

[070] Um equipamento para mensuração das forças de corte foi utilizado. Quando uma quebra de pastilha ocorreu, a força de corte aumentou claramente e a máquina foi parada. 15 bordas de corte foram avaliadas por amostra. O valor efetivo da alimentação de corte em quebra para cada uma das 15 bordas de corte foi registrado. Os valores foram classificados a partir do valor de alimentação de fratura o mais baixo para o valor de alimentação de fratura o mais alto, para cada borda de corte. Os resultados são mostrados na Tabela 3, apresentando a alimentação em fratura para número de borda 3, o valor médio de todas as 15 bordas e o valor para número de borda 13.Tabela 3 (Desempenho de desgaste)

[071] O teste de desgaste de cratera mostra que uma camada de α-Al2O3 com um TC de (0 0 12) de cerca de 7,4; uma FWHM de uma curva de oscilação de cerca de 20 e um valor de I220/I311 de cerca de 0,4 - 0,7 determina uma resistência de desgaste de cratera mais alta do que uma camada de α-Al2O3 com um TC de (0 0 12) de cerca de 5,4; uma FWHM de uma curva de oscilação de cerca de 36 e um valor I220/I311 de cerca de 1,1.

[072] O teste de dureza mostra que um jateamento suficiente para determinar uma diferença Δ maior do que 0,2 resulta em uma ferramenta de corte de bom desempenho. Adicionalmente, como mostrado pelos resultados, uma pressão de jateamento mais alta determina uma ferramenta de corte mais resistente (mais tenaz).

[073] Enquanto a presente invenção tenha sido descrita em conexão com várias concretizações exemplificativas, é para ser compreendido que a presente invenção não é limitada para as concretizações exemplificativas apresentadas, mas ao contrário, é intencionada para cobrir várias modificações e disposições equivalentes dentro das reivindicações acompanhantes.

Claims

1. Ferramenta de corte revestida, que compreende um substrato e um revestimento, em que o revestimento compreende:- uma camada de MTCVD TiCN; e- uma camada de a-Al2O3;- em que camada de a-Al2O3 exibe um padrão dedifração de raios X, como mensurado utilizando radiação de CuKa e de θ - 2θ scan, em que o coeficiente de texturaTC(hkl) é definido em concordância com a fórmula de Harris:

Onde:- I(hkl) = int ensidade mensurada (áreaintegrada) da reflexão (hkl);- I0(hkl) = intensidade padrão em concordânciacom cartão de ICDD’s PDF No. 00-010-0173;- n = número de reflexões utilizadas no cálculo;- reflexões (hkl) utilizadas são (012), (104),(110), (113), (116), (300), (214) e (0 0 12), ecaracterizado pelo fato de que TC de (0 0 12) émais alto do que 5; e em que:- uma metade de largura total máxima (FWHM) deum pico de curva de oscilação do plano de (0 0 12) da α-Al2O3 utilizando difração de raios X como mesurada sobre a face de folga da ferramenta de corte é FWHM menor do que 300; e em que:- a camada de TiCN exibe um padrão de difração de raios X, como mensurado utilizando radiação de CuKα, em que a relação entre a intensidade de área integrada do pico 220 e a intensidade de área integrada do pico 311, I220/I311, é menor do que 3.

2. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que TC de (0 0 12) é mais alto do que 6.

3. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que TC de (0 0 12) é mais alto do que 7.

4. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma metade de largura total máxima (FWHM) de um pico de curva de oscilação do plano de (0 0 12) da α-Al2O3 utilizando difração de raios X como mesurada sobre a face de folga da ferramenta de corte é FWHM menor do que 220.

5. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma metade de largura total máxima (FWHM) de um pico de curva de oscilação do plano de (0 0 12) da α-Al2O3 utilizando difração de raios X como mesurada sobre a face de folga da ferramenta de corte é FWHM menor do que 260.

6. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada de TiCN exibe um padrão de difração de raios X, como mensurado utilizando radiação de CuKα, em que a relação entre a intensidade de área integrada do pico 220 e a intensidade de área integrada do pico 311, I220/I311, é menor do que 1.

7. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada de TiCN exibe um padrão de difração de raios X, como mensurado utilizando radiação de CuKα, em que a relação entre a intensidade de área integrada do pico 220 e a intensidade de área integrada do pico 311, I220/I311, é menor do que 2.

8. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma diferença Δ entre a FWHM do pico de difração de (0 0 12) em uma difração de raios X da camada de α-Al2O3 sobre a face de ataque da ferramenta de corte e a FWHM do pico de difração de (0 0 12) em uma difração de raios X da α-Al2O3 sobre a face de folga da ferramenta de corte é de Δ > 0,4.

9. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma diferença Δ entre a FWHM do pico de difração de (0 0 12) em uma difração de raios X da camada de α-Al2O3 sobre a face de ataque da ferramenta de corte e a FWHM do pico de difração de (0 0 12) em uma difração de raios X da α-Al2O3 sobre a face de folga da ferramenta de corte é de Δ > 0,2.

10. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma diferença Δ entre a FWHM do pico de difração de (0 0 12) em uma difração de raios X da camada de α-Al2O3 sobre a face de ataque da ferramenta de corte e a FWHM do pico de difração de (0 0 12) em uma difração de raios X da α-Al2O3 sobre a face de folga da ferramenta de corte é de Δ > 0,3.

11. Ferramenta de corte, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma diferença Δ entre a FWHM do pico de difração de (0 0 12) em uma difração de raios X da camada de α-Al2O3 e a FWHM do pico de difração de (0 0 12) em uma difração de raios X de uma ferramenta de corte depois do tratamento térmico a 1.030 0C em N2 por 3 horas é de Δ > 0,4.

12. Ferramenta de corte, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a camada α-Al2θ3 é de 2 μm - 15 μm.

13. Ferramenta de corte, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a camada α-Al2O3 é de 4 μm - 6 μm.

14. Ferramenta de corte, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a camada de TiCN é de 2 μm - 15 μm.

15. Ferramenta de corte, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que a camada de TiCN é de 7 μm - 11 μm.

16. Ferramenta de corte, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente uma camada de aglutinação de espessura de 1 μm - 2 μm entre a camada de MTCVD TiCN e a camada de α-Al2θ3.