BRPI0710255B1

BRPI0710255B1 - ferramenta de corte e método de produção da mesma

Info

Publication number: BRPI0710255B1
Application number: BRPI0710255A
Authority: BR
Inventors: Ishii Kazuhiro; Kanda Osamu; Fujii Takashi
Original assignee: Sumitomo Metal Ind; Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2019-08-13
Also published as: EP2000236A1; MX2008012236A; US7704593B2; IL194149A; EP2000236A4; BRPI0710255A2; US20090098372A1; WO2007111293A1

Abstract

<b>ferramenta de corte e método de produção da mesma<d> ferramenta de corte que apresenta camadas de revestimento que são formadas sobre o substrato da ferramenta de corte feita de material duro, e camadas de revestimento são compostas de uma camada interna de a1tin, uma intercamada de tin, e uma camada externa de a 1203. a ferramenta de corte é preferivelmente produzida submetendo seu substrato a uma limpeza da superfície e tratamento da superfície por projeção de abrasivos flexíveis antes da formação das camadas de revestimento. a espessura total da camada de revestimento sobre um flanco da ferramenta de corte fica preferivelmente na faixa de 2 a 80 m, e ainda, é preferiv ei que a espessura da camada interna, a intercamada, e a camada externa sobre o flanco sejam de 0,5 a 35 m, 1,0 a 40 m, e 0,5 a 5 m, respectivamente.

Description

A presente invenção se refere a uma ferramenta de corte e um método de produção da ferramenta de corte, e particularmente, a uma ferramenta de corte adequadamente útil pra o corte de alta velocidade de materiais em aço de alta dureza.

Fundamentos da Arte

No corte de alta velocidade de materiais em aço de alta dureza, a temperatura da interface entre a superfície da lâmina de uma ferramenta de corte e uma peça de trabalho chega a cerca de 1000°C, e há casos em que componentes da peça de trabalho são queimados sobre a ferramenta de corte e assim ocorrendo coagulação. Quando a coagulação de componentes de uma peça de trabalho ocorre, a superfície da lâmina da ferramenta de corte é danificada com grave prejuízo a função de corte desta.

Como uma ferramenta de corte submetida a um histórico térmico severo, convencionalmente, tem sido usada uma que é feita de uma liga tal como carbeto de tungstênio ou cerâmica tal como carbonitreto de titânio como substrato e revestida sobre na superfície.

Por exemplo, o documento de patente JP 2004-188502 propõe uma ferramenta de corte de cerâmica com superfície revestida que apresenta uma camada de revestimento duro que possui uma excelente resistência a choque térmico, que é formada na superfície de uma ferramenta a base de uma liga dura a base de carbeto de tungstênio ou cerâmica a base de carbonitreto de titânio, e uma camada de revestimento duro que é composto pelos seguintes (a) a (c):

(a) uma camada interna que é composta de uma camada de composto de Ti consistida de uma camada ou duas ou mais multicamadas selecionadas entre camada de nitreto, camada de carbonitreto, camada de carbonato, e camada de óxido de carbonitreto de Ti formada por deposição de vapor, e que apresenta uma espessura de camada média na faixa de 3 a 20 pm;

(b) uma intercamada que é composta de um óxido de alumínio que apresenta estrutura cristalina tipo , a camada apresenta uma estrutura de fragmentos dispersos

2/18 gerados pela transformação a quente, e o óxido de alumínio é produzido submetendo o óxido de alumínio que apresenta uma estrutura cristalina tipo ou tipo Θ ao tratamento de transformação a quente num estado que é formado pela deposição de vapor de modo a converter a estrutura cristalina numa estrutura cristalina tipo , e que apresenta uma espessura média de camada na faixa de 3 a 15 m; e (c) uma camada de superfície que é composta por uma camada de óxido de alumínio que apresenta uma estrutura cristalina tipo num estado que é formado por deposição de vapor e que apresenta uma espessura de camada média na faixa de 0,5 a 2 pm.

O documento de patente JP 2004-188500 propõe uma ferramenta de cerâmica com superfície revestida que apresenta uma camada de revestimento duro que possui uma excelente resistência a choque térmico, que é formada na superfície de uma ferramenta a base de uma liga dura a base de carbeto de tungstênio ou cerâmica a base de carbonitreto de titânio, e uma camada de revestimento duro que é composto pelos seguintes (a) e (b):

(b) uma camada múltipla externa que apresenta uma camada lateral inferior e uma camada lateral superior, a camada lateral inferior é composta de uma camada de óxido de alumínio que apresenta estrutura cristalina tipo , a camada lateral inferior apresenta uma estrutura de fragmentos dispersos gerados pela transformação a quente, e o óxido de alumínio é produzido submetendo o óxido de alumínio que apresenta uma estrutura cristalina tipo por tratamento de transformação a quente num estado que é formado pela deposição de vapor de modo a converter a estrutura cristalina numa estrutura cristalina tipo , e que apresenta uma espessura média de camada na faixa de 3 a 15 m; e uma camada lateral superior que é composta de um óxido de alumínio que apresenta uma estrutura cristalina tipo num estado que é formado pela deposição a vapor

3/18 e que apresenta uma espessura média de camada na faixa de 0,5 a 2 m.

O documento de patente JP 2004-188575 propõe uma ferramenta de corte de cerâmica com superfície revestida que apresenta uma camada de revestimento duro que apresenta uma excelente resistência a choque térmico, que é formada na superfície de uma ferramenta a base de uma liga dura a base de carbeto de tungstênio ou cerâmica a base de carbonitreto de titânio, e a camada de revestimento duro é composta dos seguintes (a) e (b):

(a) uma camada interna que é composta de uma camada de composto de Ti que consiste de uma camada ou duas ou mais multicamadas selecionadas entre camada de carbeto, camada de carbonitreto, camada de carbonato, e camada de óxidode carbonitreto de titânio formada por deposição de vapor, e que apresenta uma espessura média de camada na faixa de 3 a 20 m; e (b) uma camada múltipla externa que apresenta uma camada lateral inferior e uma camada lateral superior, a camada lateral inferior é composta de uma camada de óxido de alumínio que apresenta estrutura cristalina tipo , a camada lateral inferior apresenta uma estrutura de fragmentos dispersos gerados pela transformação a quente, e o óxido de alumínio é produzido submetendo o óxido de alumínio que apresenta uma estrutura cristalina tipo por tratamento de transformação a quente num estado que é formado pela deposição de vapor de modo a converter a estrutura cristalina numa estrutura cristalina tipo , e que apresenta uma espessura média de camada na faixa de 1 a 15 m; e uma camada lateral superior que é composta de um óxido de alumínio que apresenta uma estrutura cristalina tipo num estado que é formado pela deposição a vapor e que apresenta uma espessura média de camada na faixa de 0,1 a 2 m.

O documento de patente JP 2004-351540 propõe uma ferramenta de corte de cerâmica com superfície revestida que apresenta uma camada de revestimento duro que apresenta uma excelente resistência ao desgaste, que é formada na superfície de uma ferramenta a base de uma liga dura a base de carbeto de tungstênio ou cerâmica a base de carbonitreto de titânio, e a camada de revestimento duro é composta dos seguintes (a) e (b) :

(a) uma camada de óxido de alumínio que apresenta uma espessura média de

4/18 camada na faixa de 0,2 a 3 m como uma camada lateral superior;

(b) um camada de um composto de nitreto de Al e Ti tendo uma espessura média de camada na faixa de 0,2 a 3 m como uma camada lateral superior.; e a camada lateral inferior é composta de:

Pontos máximos de teor de Al e pontos mínimos de teor de Al existe alternativamente e repetidamente em intervalos predeterminados junto com a direção da espessura da camada da camada lateral inferior.

A estrutura de distribuição da concentração do componente é tal que a razão do conteúdo de Al e de Ti muda continuamente do ponto máximo de Al ao ponto mínimo de Al e do ponto mínimo de Al ao ponto máximo de Al.

O ponto mínimo de Al satisfaz a fórmulade composição (Ali-xTix)N (onde X representa 0,35 a 0,60 em razão atômica) enquanto o ponto máximo de Al satisfaz a fórmula de composição (AIi-yTíy)N (onde Y representa 0,05 a 0,30 em razão atômica); e o intervalo entre o ponto de Al mínimo adjacente e ponto de Al máximo ser de 0,01 a 0,1 m.

O documento de patente japonês Hei 10-287491 propõe um membro revestido de diamante cujo substrato é revestido por um revestimento e/ou carbono tipo diamante, a superfície de rugosidade média do substrato é ajustada na faixa de 0,1 a 2,5 m em representação Ra enquanto a rugosidade média da superfície do revestimento é ajustada em não mais do que 1,5 m em representação Ra, com Ra(c) < Ra(s) onde Ra(c) denota a média da rugosidade média da superfície do revestimento e Ra(s) denota a média da rugosidade média da superfície do substrato.

Revelação da Invenção

Problemas a serem Solucionados pela Invenção

As ferramentas de corte de cerâmica com superfície revestida propostas pelos documentos de patente acima 1 a 3 são supostos melhorar a resistência ao estilhaçamento pelo fornecimento de camadas de revestimento que apresentam algumas composições químicas específicas. Embora a resistência ao calor destas ferramentas de corte é melhorada, o desempenho deteriora conforme o revestimento é fragmentado por fatores mecânicos tais como impacto ao corte. Além disso, a espessura da camada de

5/18 revestimento não é especificada com base em porção, e há um receio de que a resistência ao calor afeta se torna insuficiente.

A ferramenta de corte de cerâmica com superfície revestida proposta pelo documento de patente 4 apresenta uma camada de óxido de alumínio para a superfície externa, mas o óxidode alumínio tem um coeficiente linear grande de expansão térmica, e apresenta uma falha crucial tal como deterioração da força de adesão em uma interface de filme marcadamente numa região de alta temperatura de 800°C ou mais. Num corte de alta velocidade, quando a temperatura da interface do filme se eleva, uma força de adesão suficiente não é assegurada, causando problemas nos quais a resistência ao desgaste deteriora rapidamente e o desempenho de corte não pode ser mantido.

Por outro lado, a ferramenta de corte de cerâmica com superfície revestida proposta pelos documentos acima citados são baseados nos estudos da composição da camada de revestimento, e nenhum documento descreve pré-tratamento do substrato feito antes de formar a camada de revestimento. Além disso, no documento de patente 5, estão listados os méritos em que pelo ajuste da rugosidade da superfície, na produção de revestimentos que cobrem a superfície do substrato, o núcleo de diamante pode ser facilmente e massivamente formado, o revestimento pode ser denso, e a qualidade do revestimento é excelente. Contudo, como descrito depois, de acordo com os estudos dos presentes inventores, tornou-se claro que a vida das ferramentas de corte usadas em corte de alta velocidade de aço duro não pode ser explicada apenas pelo ajuste da rugosidade da superfície.

Os presentes inventores tem estudado intensamente para solucionar tais problemas e completaram uma ferramenta de corte que apresenta camadas de revestimento que são excelentes na resistência ao choque térmico e resistência a fragmentação física e quimicamente. Os presentes inventores também tem estudado intensamente o prétratamento aplicado ao substrato da ferramenta de corte (metal sinterizado) antes de formar as camadas de revestimento e completaram uma ferramenta de corte com uma vida útil da ferramenta melhorada.

Um objetivo da presente invenção é fornecer uma ferramenta de corte com uma vida útil excelente.

6/18

Meios de Solução dos Problemas

A presente invenção é resumida por uma ferramenta de corte mostrada em (1) abaixo e um método de produção da ferramenta de corte mostrada em (2) abaixo.

(1) uma ferramenta de corte que apresenta camadas de revestimento que são formadas sobre o substrato da ferramenta de corte feita de material duro, e as camadas de revestimento são compostas de uma camada interna de AlTiN, uma intercamada de TiN, e uma camada externa de AI2O3.

Deste modo, pela interposição de uma intercamada de TiN com alta adesão entre uma camada externa de AI2O3 e uma camada interna de AlTiN, resistência ao desgaste e força de adesão da camada externa de AI2O3 pode ser reforçada.

A ferramenta de corte é preferivelmente produzida submetendo seu substrato a superfície limpa e a superfície de tratamento pela projeção de abrasivos flexíveis antes de formar as camadas de revestimento. A espessura total da camada de revestimento em um flanco da ferramenta de corte é preferivelmente na faixade 2 a 80 m, e ainda, é preferível que a espessura da camada interna, a intercamada, e a camada externa sobre o flanco são de 0,5 a 35 m, 1,0 a 40 m, e 0,5 a 5 m, respectivamente. A espessura total da camada de revestimento sobre a face é preferivelmente na faixa de 2 a 40 m, e ainda, é preferível que a espessura da camada interna, a intercamada, e a camada externa sobre a face são de 1 a 20 m, 1 a 20 m, e 0,01 a 2 m, respectivamente.

(2) um método para produzir uma ferramenta de corte, em que as camadas de revestimento são formadas sobre a superfície do substrato da ferramenta de corte feito de material duro por um revestimento seco após submeter a superfície à limpeza e tratar a superfície com projeção de abrasivos suaves.

Efeitos da Invenção

Na ferramenta de corte da presente invenção, Al na camada interna dissocia durante o corte e difunde para fora para formar AI2O3 nas proximidades da superfície da camada de revestimento para compensar a camada externa.

Deste modo, a resistência térmica e a resistência ao desgaste excelentes podem ser estavelmente obtidas, e a vida útil da ferramenta é longa. Além disso, de acordo com o método de produção de uma ferramenta de corte da presente invenção, a

7/18 adesão entre o substrato da ferramenta de corte (metal sinterizado) e a camada de revestimento pode ser melhorada, e assim uma ferramenta de corte com uma vida útil de ferramenta mais longa pode ser fornecida.

Melhor Modo de Realização da Invenção

A figura 1 é um diagrama esquemático que mostra um exemplo da ferramenta de corte de acordo com a presente invenção. Como mostrado na figura 1, por exemplo, uma ferramenta de corte 1 se move relativamente na direção esquerda da figura l(a) e corta a superfície de uma peça de trabalho 2. As ferramentas de corte incluem ferramentas de corte, ferramentas giratórias e ferramentas de perfuração e outras. Adicionalmente, na explicação seguinte, o termo flanco é uma face que principalmente faz contato com a peça de trabalho na ferramenta de corte; por exemplo, é uma face 3 numa ferramenta de processamento em torno mostrada na figura l(b). Além disso, o termo face é uma face para retirada de lascas da peça de trabalho; por exemplo, é uma face 4 na ferramenta de processamento em torno mostrada na figura l(b).

1. Composição química do substrato da ferramenta de corte e camadas de revestimento.

Na ferramenta de corte da presente invenção, as camadas de revestimento compostas das três camadas seguintes é formado sobre o substrato da ferramenta de corte feita de material duro.

O material duro que constitui o substrato da ferramenta de corte não é particularmente limitado, mas é listada uma liga dura caracterizada por WC-TiC 5% Co, etc., e cerâmica caracterizada por TiC-20% TiN-15% WC-10% Mo2C-5% Ni, etc. Entre estes, é preferível utilizar uma liga dura dos pontos de vista da condutividade térmica e relaxamento do estresse por calor da interface entre o substrato e as camadas de revestimento no corte.

A camada de revestimento é composta de uma camada interna de AlTiN, uma intercamada de TiN, e uma camada externa de AI2O3.

O AlTiN que constitui a camada interna é excelente em resistência ao calor e resistência ao desgaste, com seu desempenho estável até 1000°C, e também excelente em adesão com o substrato da ferramenta de corte. Além disso, Al na camada interna

8/18 dissocia devido a um aumento de temperatura durante o corte, e difunde para fora para reagir com oxigênio do ar e assim formar um filme de proteção de AI2O3 na camada de superfície (camada externa) dos revestimentos. Deste modo, a camada interna foi determinada para ser de AlTiN. Enquanto substancialmente feito de AlTiN, a camada interna pode conter levemente impurezas.

TiN que constitui a intercamada é tão baixa quanto 700°C na temperatura de oxidação, e então é um material originalmente adequado para cortar numa velocidade baixa ou média com geração relativamente pequena de calor. Contudo, é excelente em adesão e uma substância efetiva contra a fragmentação mecânica, e deste modo usado para a intercamada. Enquanto substancialmente feito de TiN, a intercamada pode conter levemente impurezas.

Embora AI2O3 que constitui a camada externa é fraco quanto à fragmentação mecânica, e deste modo usado para a intercamada. Enquanto substancialmente feito de TiN, a intercamada pode conter levemente impurezas.

Como acima descrito, nas camadas de revestimento da ferramenta de corte da presente invenção, a camada externa é feita de um material de maior resistência ao calor e resistência ao desgaste, e do qual Al dissocia e difunde para fora. Daí, mesmo quando a camada externa e a intercamada são fragmentadas, o Al que dissocia da camada interna assim que reage com o oxigênio na camada de superfície do revestimento para compensar pelo filme de proteção da camada externa, tal que a resistência mais alta ao calor e a resistência ao desgaste podem ser obtidas estavelmente.

2. Espessura das camadas de revestimento.

2-1. Espessura das camadas de revestimento no flanco

Na ferramenta de corte da presente invenção, a espessura total das camadas de revestimento sobre o flanco é preferivelmente na faixa de 2 a 80 m. Uma vez que o flanco é um local da carga mais pesada durante 0 corte com geração intensa de calor, é preferível fazer a espessura da camada de revestimento do flanco o mais espessa possível.

Particularmente, para as camadas de revestimento do flanco, a espessura total é preferivelmente de 2 m ou mais. Contudo, quando a espessura total das camadas de revestimento do flanco excedem 80 m, fragmentação tende a ocorrer, e isto o torna

9/18 fraco contra os choques mecânicos. Adicionalmente, o tempo requerido para a formação de filme se torna longo. A espessura total das camadas de revestimento sobre o flanco é deste modo preferivelmente na faixa de 2 a 80 m.

É preferível que a espessura da camada interna (AlTiN), a intercamada (TiN), e a camada externa (AhCh) no flanco são 0,5 a 35 m, 1,0 a 40 m, e 0,5 a 5 m, respectivamente.

Quando a espessura da camada interna (AlTiN) no flanco é menor do que 0,5 m, a resistência ao calor poderia se tornar insuficiente. Contudo, quando a espessura da camada interna (AlTiN) sobre o flanco é mais do que 35 m, a fragmentação tende a ocorrer, reusltando apenas num aumento no tempo requerido para a formação do filme. Daí, é preferível que a espessura da camada interna (AlTiN) sobre o flanco seja de 0,5 a 35 m.

Quando a espessura da intercamada (TiN) no flanco é menor do que 1,0 m, a resistência poderia se tornar insuficiente. Contudo, quando a espessura da intercamada (TiN) sobre o flanco é maior do que 40 m, a fragmentação tende a ocorrer, resultando apenas num aumento do tempo requerido para a formação de filme. Daí, é preferível que a espessura da intercamada (TiN) sobre o flanco é 1,0 a 40 m.

A espessura da camada externa (AI2O3) sobre o flanco é preferivelmente de 0,5 m ou mais para obter uma resistência ao calor suficiente. Contudo, quando a espessura da camada externa (AI2O3) sobre o flanco é maior do que 50 m, a fragmentação tende a ocorrer, resultando apenas num aumento do tempo requerido para a formação de filme. Daí, é preferível que a espessura da camada externa (AI2O3) no flanco é 0,5 a 5 m.

2-2. Espessura de camadas de revestimento na face

Na ferramenta de corte da presente invenção, a espessura total das camadas de revestimento sobre a face é preferivelmente na faixa de 2 a 40 m. Embora a geração de calor durante o corte é pequeno, a face é um local que entra em contato com as lascas, e tal que a rugosidade da superfície é preferivelmente tão pequena quanto possível. Daí, é preferível que as camadas de revestimento sejam tão finas quanto possível.

Particularmente, a espessura total das camadas de revestimento sobre a face é preferivelmente 40 m ou menos. Contudo, quando a espessura total das camadas de

10/18 revestimento sobre a face é menor do que 2 m, o desgaste ocorre no início do corte, e então a resistência ao calor poderia se tornar insuficiente. A espessura total das camadas de revestimento sobre a face fica deste modo preferivelmente na faixa de 2 a 40 m.

A espessura da camada interna (AlTiN), a intercamada (TiN), e a camada externa (AI2O3) sobre a face são preferivelmente de 1 a 20 m, 1 a 20 m, e 0,01 a 2 m, respectivamente.

Quando a espessura da camada interna (AlTiN) sobre a face é menor do que m, a resistência ao calor poderia se tornar insuficiente. Contudo, quando a espessura da camada interna (AlTiN) sobre a face é maior do que 20 m, não apenas a fragmentação tende a ocorrer, mas também o tempo requerido para a formação de filme aumenta. Daí, é preferível que a espessura da camada interna (AlTiN) sobre a face fique na faixa de 1 a 20 m.

Quando a espessura da intercamada (TiN) sobre a face é menor do que 1 m, a resistência ao calor e a adesão poderia se tornar insuficiente. Contudo, quando a espessura da intercamada (TiN) sobre a face é maior do que 20 m, não apenas a fragmentação tende a ocorrer, mas também o tempo requerido para a formação de filme aumenta. Daí, é preferível que a espessura da camada interna (AlTiN) sobre a face fique na faixa de 1 a 20 m.

Quando a espessura da camada externa (AI2O3) sobre a face é menor do que 0,01 m, uma suficiente resistência ao calor e adesão poderiam se tornar insuficientes. Contudo, quando a espessura da camada externa (AI2O3) sobre a face é maior do que 2 m, não apenas a fragmentação tende a ocorrer, mas também o tempo requerido para a formação de filme aumenta. Daí, é preferível que a espessura da camada externa (AI2O3) sobre a face fique na faixa de 0,01 a 2 m.

3. Método para produção de ferramenta de corte de acordo com a presente invenção.

3-1. Método de produção do substrato da ferramenta de corte

O método de produção de uma liga dura ou cerâmica como substrato da ferramenta de corte não é particularmente limitada. Por exemplo, este pode ser produzido pelas etapas: mistura de metal em póe granulação da mistura; prensagem desta num

11/18 molde; recorte; e sinterização do compacto moldado resultante a vácuo.

3-2. Método para produção de camadas de revestimento

O método de produção das camadas de revestimento não é particularmente limitado. Por exemplo, este pode adotar deposição física a vapor (DFV) representada por pulverização, metalização a arco iônico, e similares, ou deposição química a vapor (DQV) representada por DQV térmica e DQV de plasma. Tomando a deposição física a vapor como um exemplo, esta é especificamente explicada.

Por exemplo, os elementos de metal em pó misturados que constituem a camada de revestimento é prensada numa geometria de disco num molde,e sinterizada a vácuo, terminando como um alvo. Os componentes alvo são excitados eletricamente numa fase gasosa por deposição física a vapor (DFV) tal como pulverização. Desde então, a fase gasosa de uma aparelho é enchida com, por exemplo, gás nitrogênio, com cujos componentes alvo da fase gasosa excitada são deixados se ligar quimicamente sobre a superfície do substrato da ferramenta de corte a ser revestida. Como resultado, os componentes do revestimento são depositados sobre a superfície do substrato da ferramenta de corte. Por tratamento a quente tal substrato da ferramenta de corte, os componentes depositados se tornam uma composição quimicamente estável e adere ao substrato da ferramenta de corte a ser revestido, resultando na camada de revestimento predeterminada.

A camada interna (AlTiN) pode ser formada pelo seguinte método. Por exemplo, esta pode ser formada de tal forma que os pós de Al e Ti misturados são prensados numa forma desejada, e sinterizados a vácuo, finalizando como um alvo. Um aparelho de DFV é cheio com gás nitrogênio, com o qual a descarga excitada de componentes de metal reage. A intercamada (TiN) da camada de revestimento pode ser produzida de tal forma que utiliza Ti em pó no lugar da mistura de pós acima, Ti e nitrogênio são deixados reagir um com o outro num estado onde um aparelho DFV é cheio com gás nitrogênio. Além disso, a camada externa (AI2O3) da camada de revestimento pode ser produzida de tal forma que usando Al em pó, Al e oxigênio são deixados reagir um com o outro num estado onde um aparelho DFV é cheio com gás oxigênio.

12/18

No caso onde a espessura do flanco e a face são ajustadas para diferirem, o ajuste pode ser feito para controlar a cobertura do filme do corpo revestido, controlando mecanicamente as posições de direção longitudinal/direção transversal do corpo revestido ou pela distorção das linhas magnéticas formadas entre os contra-eletrodos do alvo/substrato revestido com um campo elétrico não equilibrado.

3-3. Limpeza de superfície e tratamento de superfície por projeção de abrasivos flexíveis

No método de produção a ferramenta de corte da presente invenção, é preferível que após submeter a superfície à limpeza e tratamento da superfície por projeção de abrasivos flexíveis (daqui em diante chamado “polimento por aerolap”) previamente, a camada de revestimento é formada sobre o substrato da ferramenta de corte. Polimento por aerolap é um método de limpeza e acabamento de espelho da superfície do substrato numa ordem sub-micron por projeção com abrasivos flexíveis em alta velocidade.

O tratamento de polimento convencional envolve deslizar e girar enquanto se prensa as superfícies superior e inferior de uma peça de trabalho com placas. Este tratamento é um processo úmido devido à dispersão em água de pós finos de alumina ou vidro numa ordem de sub-micron em partícula de diâmetro como um agente de polimento é pulverizado numa interface deslizante. Tal tratamento de polimento é limitado a polir com um artigo plano, e tal que o polimento de uma parte arredondada, uma parte inclinada, e similares é estruturalmente difícil. Em vista disto, os presentes inventores focaram num polimento aerolap, que é capaz de polir partes arredondadas e partes inclinadas.

Então, como resultado do estudo de tratamento de polimento do substrato da ferramenta de corte pelo polimento por aerolap, os presentes inventores terem encontrado que o polimento por aerolap ajusta a rugosidade da superfície do substrato da ferramenta de corte uniformemente e pode melhorar sua adesão com as camadas de revestimento, e ainda, pode fisicamente remover impurezas da superfície do substrato da ferramenta de corte que não poderiam ser completamente removidas por limpeza úmida convencional. Isto é, com polimento aerolap, a adesão entre o substrato da ferramenta de

13/18 corte e as camadas de revestimento que não pode ser explicada meramente pela rugosidade da superfície pode ser aumentada, melhorando marcadamente deste modo a vida útil da ferramenta.

Os abrasivos flexíveis são um material de polimento particulado em que um grão abrasivo de diâmetro de micrômetros é usado como um material de núcleo, e o material de núcleo é coberto com uma resina tipo polímero. Como um grão abrasivo, pelo menos um de diamante, carbeto de silício, e alumina pode ser usado. O tamanho do grão do grão abrasivo é preferivelmente na faixa de 3000 a 10000 meshes. A resina tipo polímero não é particularmente limitada, e gelatina com a desejada elasticidade e viscosidade pelo teor de água pode ser usada. Quando a gelatina é usada, o diâmetro do abrasivo flexível é preferivelmente na faixa de 0,1 a 2 mm. Um multi-líquido paa a resina tipo polímero pode conter um óleo solúvel em água como um material de prevenção de evaporação. Como material de prevenção de evaporação, por exemplo, etileno glicol, sorbitol e similares podem ser usados.

Exemplos

Um experimento foi realizado para confirmar os efeitos da camada de revestimento da presente invenção. Neste experimento, primeiro, após a mistura e granulação de metal em pó, esta mistura foi moldada por pressão num molde, recortada, e o compacto moldado resultante foi sinterizado a vácuo a 1450°C por 1,0 hora, produzindo deste modo um substrato de ferramenta de corte.

Um experimento foi realizado para confirmar os efeitos da camada de revestimento da presente invenção. Neste experimento, primeiro, após mistura e granulação de metal em pó,esta mistura foi moldada por pressão num molde, recortado, e o compacto moldado resultante foi sinterizado a vácuo a 1450°C por 1,0 hora, produzindo deste modo um substrato de ferramenta de corte.

A ferramenta de corte do exemplo 1 da presente invenção foi produzida da seguinte maneira. O substrato da ferramenta de corte foi colocada num aparelho de DFV, um corpo sinterizado misto de Al e Ti foi usado como um alvo, o gás nitrogênio foi cheio neste, e cada metal excitado por descarga e o nitrogênio foi deixado reagir um com o outro para formar uma camada interna de AlTiN sobre o substrato da ferramenta de corte.

14/18

Desde então, no aparelho DFV, o alvo Ti foi excitado por descarga sob uma atmosfera de nitrogênio para formar uma intercamada de TiN, e ainda, o alvo de Al foi excitado por descarga sob uma atmosfera de oxigênio para formar uma camada externa de AI2O3.

Adicionalmente, neste momento, as respectivas espessuras do flanco e da face de cada camada foram ajustadas por distorção das linhas magnéticas formadas entre os contra-eletrodos de alvo/substrato revestido com um campo elétrico não equilibrado e por mudança intencionalmente da cobertura em filme do corpo revestido.

Por outro lado, numa ferramenta de corte do exemplo comparativo 1, usando do mesmo modo o aparelho de DFV, uma camada interna de TiCN, uma intercamada de AI2O3, e uma camada externa de TiN foram formadas no substrato da ferramenta de corte pelo ajuste do alvo e gás atmosférico.

As ferramentas de corte assim obtidas foram analisadas pela realização de rugosidade de superfície, coeficiente de atrito, e adesão, e também suas vidas úteis da ferramenta foram comparadas após corte de uma liga (S13Cr) contendo 5% de níquil de 85 mm de diâmetro externo e 500 mm de comprimento numa temperatura de 800°C ou mais e numa velocidade de corte de 70 m/min.

Adicionalmente, a rugosidade de superfície foi medida como “média aritmética de rugosidade Ra” como definida pela JIS B 0601-1994 de tal forma que um comprimento de 10 mm de uma superfície revestida com filme arbitrário foi varrida usando um pino sensor (pino feito de diamante; diâmetro externo 25 m).

O coeficiente de atrito foi medido usando um verificador deslizante tipo Bauden sob condições deslizantes de 5N de carga, temperatura ambiente, 4 mm/s de velocidade, e esferas de aço feitas de SUS de 5 mm de diâmetro.

A adesão foi medida de tal modo que usando um verificador tipo ranhura, a varredura foi conduzida com um pino sensor de diamante de 200 m de diâmetro externo sob uma carga na faixa de 0 a 100 N, numa velocidade de varredura de 10 mm/min e uma velocidade de carga de 100 N/min, e o valor da carga em que um sinal de vibração anormal foi detectado foi definido como uma quebra de filme e assumida a força de adesão.

O termo vida útil da ferramenta significa o número de peças de trabalho que

15/18 foram capazes de ser cortadas sem qualquer uma das situações mostradas de (1) a (3) abaixo.

(1) Quebra da própria ferramenta de corte (quebra de borda da lâmina, fragmentação, etc.) (2) Fragmentação do filme de proteção duro (camda de revestimento) da superfície da ferramenta de corte.

(3) A adesão dos componentes de uma peça de trabalho sobre o filme de proteção duro.

Estas realizações são mostradas na tabela 1.

Tabela 1

Classificação	Metal de base	Camadas de revestimento
Camada interna
Composição	Espessura (m)
Exemplo 1	Flanco	WC-TiC-Co	AlTiN	10
Face	WC-TiC-Co	AlTiN	5
Exemplo Comparativo 1	Flanco	WC-TiC-Co	TiCN	10
Face	WC-TiC-Co	TiCN	8

Tabela 1 (continuação)

Classificação	Metal de base	Camadas de revestimento
Intercamada
Composição	Espessura ( m)
Exemplo 1	Flanco	WC-TiC-Co	TiN	10
Face	WC-TiC-Co	TiN	5
Exemplo Comparativo 1	Flanco	WC-TiC-Co	AI2O3	10
Face	WC-TiC-Co	AI2O3	8

Tabela 1 (continuação)

Classificação	Metal de base	Camadas de revestimento
Camada externa
Composição	Espessura ( m)

16/18

Exemplo 1	Flanco	WC-TiC-Co	AI2O3	3
Face	WC-TiC-Co	AI2O3	2
Exemplo	Flanco	WC-TiC-Co	TiN	8
Comparativo 1	Face	WC-TiC-Co	TiN	10

Tabela 1 (continuação)

Classificação	Metal de base	Propriedades físicas
Rugosidade da superfície Ra (m)	Coeficiente de atrito	Força de adesão (N)	Vida de corte (no. de peças tratadas)
Exemplo 1	Flanco	WC-TiC- Co	0,05	0,65	> 100	195
Face	WC-TiC- Co	0,04	0,57	> 100
Exemplo Comparativo 1	Flanco	WC-TiC- Co	0,07	0,82	> 80	58
Face	WC-TiC- Co	0,09	0,78	A 80

Como mostrado na tabela 1, uma vez que a força de adesão foi mantida baixa no exemplo comparativo 1, o número de vida útil da ferramenta ficou tão baixo quanto 58 peças. Por outro lado, no exemplo 1, a força de adesão melhorada, o número 5 de vida útil da ferramenta aumentou marcadamente para 195 peças.

Além disso, de modo a confirmar o efeito de tratamento de polimento do substrato da ferramenta de corte por polimento aerolap na presente invenção, uma ferramenta em forma de pente para corte em rosca foi produzida, e um experimento foi realizado para examinar a vida útil da ferramenta. Neste experimento, primeiro, do 10 mesmo modo como no experimento acima, após a mistura e granulação do metal em pó para o substrato da ferramenta de corte, esta mistura foi moldada sob pressão num molde recortado, e o compacto moldado resultante foi sinterizado a vácuo a 1450°C por 1 hora,

17/18 produzindo deste modo, um substrato da ferramenta de corte. Este substrato foi usado para formar uma ferramenta (exemplo 2 da presente invenção) no qual as camadas de revestimento foram formadas sem realizar qualquer tratamento e a ferramenta (exemplo 3 da presente invenção) no qual as camadas de revestimento foram formadas após realizar o tratamento de polimento por polimento aerolap.

O tratamento de polimento por polimento aerolap foi submetido usando um material de polimento de 0,5 a 2,0 mm em diâmetro de partícula formada por composição de um grão de diamante abrasivo de 3000 meshes com uma resina tipo polímero.

Cada substrato da ferramenta de corte foi colocado num aparelho de DFV, que foi então cheio com gás nitrogênio com um corpo sinterizado misto de Al e Ti como um alvo, e cada metal excitado por descarga e nitrogênio foram deixados reagir um com o outro para formar uma camada interna de AlTiN sobre o substrato da ferramenta de corte. Desde então, no aparelho de DFV, o alvo de Ti foi excitado por descarga sob uma atmosfera de nitrogênio para formar uma intercamada de TiN, e ainda, o alvo de Al foi excitado por descarga sob uma atmosfera de oxigênio para formar uma camada externa de AI2O3, produzindo deste modo uma ferramenta tipo pente para corte em rosca.

Cada ferramenta de corte assim produzida foi examinada quanto ao tempo de vida. A vida útil da ferramenta foi medida da seguinte maneira que utiliza a ferramenta tipo pente para corte em rosca produzida pelo método acima, uma liga contendo 5% de níquel (aço S13Cr) de 139,7 mm de diâmetro externo x 11000 mm de comprimento foi submetida ao corte em rosca de diâmetro externo VAM-TOP para quatro máquinas de corte numa temperatura de 800°C ou mais e numa velocidade de corte de 90 m/min, de modo a examinar a vida útil da ferramenta durante o corte.

O termo vida útil da ferramenta significa o número de peças de trabalho que foram capazes de serem cortadas sem qualquer uma das situações mostradas em (1) a (3) anteriores. Com base neste critério de avaliação, a vida média da ferramenta das quatro máquinas de corte e um desvio padrão foi obtida.

No exemplo 2 da presente invenção, onde o polimento aerolap não foi submetido, a vida medida da ferramenta foi de 60,8 e o desvio padrão foi de 18,5,

18/18 enquanto no exemplo 3 da presente invenção, onde o polimento aerolap foi submetido, a vida média da ferramenta foi de 77,0 e o desvio padrão foi de 2,5. A partir desses resultados, encontrou-se que a vida da ferramenta mais longa é estavelmente obtida quando o polimento aerolap é realizado.

Aplicabilidade Industrial

De acordo com a presente invenção, Al na camada interna dissocia durante o corte e difunde para fora para formar AI2O3 na proximidade da superfície das camadas de revestimento para compensar a camada externa. Deste modo, uma excelente resistência ao calor e resistência ao desgaste podem ser obtidas estavelmente, o que pode fornecer uma ferramenta de corte com uma vida útil de ferramenta longa. Ainda, de acordo com uma realização preferida da presente invenção que realiza polimento aerolap, a adesão entre o substrato da ferramenta de corte e as camadas de revestimento melhoram, e portanto uma ferramente de corte com uma vida útil de ferramenta mais longa pode ser provida. Esta ferramenta de corte é útil particularmente como uma ferramenta em forma de pente para corte em rosca usado em condições severas de corte tal com corte em rosca de materiais em aço duro.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 representa um diagrama esquemático que mostra um exemplo de uma ferramenta de corte de acordo com a presente invenção, em que as referências numéricas representam:

1. Ferramenta de corte

2. Peça de trabalho

3. Flanco

4. Face

Claims

1. Ferramenta de corte que apresenta camadas de revestimento, CARACTERIZADA pelo fato das camadas serem formadas sobre o substrato da ferramenta de corte feita de material duro, e as camadas de revestimento serem compostas de uma camada interna de AlTiN, uma intercamada de TiN, e uma camada externa de Al₂O₃.

2. Ferramenta de corte de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo substrato da ferramenta de corte ser submetido a uma limpeza da superfície e tratamento da superfície pela projeção de abrasivos flexíveis antes da formação das camadas de revestimento.

3. Ferramenta de corte de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pela espessura total das camadas de revestimento sobre o flanco estar na faixa de 2 a 80 pm.

4. Ferramenta de corte de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pela espessura da camada interna, a intercamada, e a camada externa sobre o flanco serem de 0,5 a 35 pm, 1,0 a 40 pm, e 0,5 a 5 pm, respectivamente.

5. Ferramenta de corte de acordo com as reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pela espessura total das camadas de revestimento sobre a face estar na faixa de 2 a 40 pm.

6. Ferramenta de corte de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pela espessura da camada interna, a intercamada, e a camada externa sobre a face serem de 1 a 20 pm, 1 a 20 pm, e 0,01 a 2 pm, respectivamente.

7. Método para produção de uma ferramenta de corte, CARACTERIZADA pe!as camadas de revestimento serem formadas sobre a superfície do substrato da ferramenta de corte feita de material duro por um revestimento seco após realizar limpeza e tratamento da superfície por projeção de abrasivos flexíveis.