CH667605A5

CH667605A5 - MILLING TOOL AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF.

Info

Publication number: CH667605A5
Application number: CH1659/85A
Authority: CH
Inventors: Alexei Georgievich Gavrilov; Galina Konstantinov Galitskaya; Viktor Petrovich Zhed; Andrei Karlovich Sinelschikov; Albert Mikhailovich Boyarunas; Anatoly Mikhailovich Lein; Evgeny Mikhailovich Stepnov
Original assignee: Vni Instrument Inst
Priority date: 1983-08-25
Filing date: 1983-08-25
Publication date: 1988-10-31
Also published as: WO1985000999A1; GB2156387B; FI851486L; AU2122383A; NO851602L; NL8320321A; SE453468B; AU563891B2; DK179185D0; SE8501672D0; CA1219549A; BR8307747A; FI851486A0; FR2558087B1; SE8501672L; JPS60502093A; GB2156387A; DE3390522T1; DE3390522C2; DK179185A

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein spanendes Werkzeug gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 3. The present invention relates to a cutting tool according to the preamble of claim 1, and to a method for its production according to the preamble of claim 3.

Eine der Entwicklungstendenzen der modernen Metallbearbeitung besteht in der Vervollkommnung der Betriebskennwerte von spanenden Werkzeugen durch Auftragen ver-schleissfester Beschichtungen auf ihre Oberfläche. One of the developmental trends in modern metalworking is to perfect the operating parameters of cutting tools by applying wear-resistant coatings to their surface.

Bis in die Gegenwart wurde das Hauptaugenmerk bei der Vervollkommnung der Eigenschaften des Werkzeugs auf die chemische Beschaffenheit der Beschichtungen gerichtet, die unter konkreten Nutzungsbedingungen effektiv sind. Man kann jedoch die Eigenschaften der Werkzeuge auch durch Vervollkommnung der Struktur der Beschichtungen verbessern. To date, the main focus in perfecting the properties of the tool has been on the chemical nature of the coatings, which are effective under specific conditions of use. However, the properties of the tools can also be improved by perfecting the structure of the coatings.

Bekannt ist ein spanendes Werkzeug (GB-Anmeldung Nr. 1 303 910, Klasse C23C 11/08 vom 24.01.73), das einen aus einer Hartlegierung bestehenden Grundkörper enthält, auf die eine verschleissfeste Beschichtung aufgetragen ist, die Mikrokristalle einer hochschmelzbaren Verbindung von Metallen mit Elementen aus der Gruppe C, N und/oder B enthält. Bei diesem Werkzeug sind als Metalle der verschleissfe-sten Beschichtung die Metalle aus der Gruppe Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta verwendet worden. Known is a cutting tool (GB application No. 1 303 910, class C23C 11/08 dated 24.01.73), which contains a base body consisting of a hard alloy, to which a wear-resistant coating is applied, the microcrystals of a meltable compound of metals with elements from group C, N and / or B. In this tool, the metals from the group Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta were used as the metals of the most wear-resistant coating.

Aus derselben GB-Anmeldung ist auch ein Herstellungsverfahren des Werkzeuges bekannt, das im Erhitzen des Grundkörpers auf 1000 bis 1100 °C, in der Zugabe von Metalle und Elemente aus der Gruppe C, N und B enthaltenden Reaktanten und im Ablauf einer chemischen Reaktion zwischen ihnen unter Bildung einer Beschichtung, die Mikrokristalle ihrer hochschmelzbaren Verbindung enthält, besteht. From the same UK application, a manufacturing method of the tool is known, which involves heating the base body to 1000 to 1100 ° C, adding metals and elements from the group containing C, N and B reactants and in the course of a chemical reaction between them to form a coating containing microcrystals of their meltable compound.

Das nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte spanende Werkzeug ist jedoch durch eine hohe Oberflächenenergie gekennzeichnet, wodurch seine aktive Adhäsionsund Diffusionswechselwirkung mit dem zu bearbeitenden Stoff hervorgerufen wird. However, the cutting tool manufactured according to the described method is characterized by a high surface energy, which causes its active adhesion and diffusion interaction with the material to be processed.

Bekannt ist ein weiteres spanendes Werkzeug (US-Patentschrift Nr. 4 169 913, Klasse B23B 15/18 1979), das ei-s nen Grundkörper enthält, dessen Arbeitsfläche mit einer verschleissfesten Beschichtung versehen ist, die Mikrokristalle einer hochschmelzbaren Verbindung von Metallen mit Elementen aus der Gruppe C, N, B und O enthält. Another cutting tool is known (US Pat. No. 4,169,913, class B23B 15/18 1979), which contains a base body, the working surface of which is provided with a wear-resistant coating, the microcrystals of a highly fusible connection of metals with elements from group C, N, B and O contains.

Dieses spanende Werkzeug ist ebenfalls durch eine hohe io Oberflächenenergie gekennzeichnet, wodurch eine aktive Adhäsions- und Diffusionswechselwirkung mit dem zu bearbeitenden Stoff hervorgerufen wird. This cutting tool is also characterized by a high io surface energy, which causes an active adhesion and diffusion interaction with the material to be processed.

Aus derselben US-PS ist auch ein Herstellungsverfahren für dieses Werkzeug bekannt. Dieses besteht im Verdampfen i5 und Ionisieren eines Metalls im Vakuum, in der anschliessenden Zuführung eines gasförmigen Reaktanten, der Elemente der Gruppe C, N, B und O enthält, in das Vakuum und in der Wechselwirkung des Metalles mit diesen Elementen bis zur Bildung der verschleissfesten Beschichtung. In 20 diesem Verfahren bewirkt ein Elektronenstrahl das Verdampfen der Metalle unter Verwendung einer Spazialelek-trode, die für das Ionisieren der Metalle vorgesehen ist, während die Wechselwirkung der Metalle mit den Elementen aus der Gruppe C, N, O und B auf dem nicht erhitzten Grund-25 körper erfolgt. A manufacturing method for this tool is also known from the same US patent. This consists in evaporating i5 and ionizing a metal in vacuo, in the subsequent supply of a gaseous reactant, which contains elements from groups C, N, B and O, in the vacuum and in the interaction of the metal with these elements until the formation of wear-resistant ones Coating. In this method, an electron beam causes the metals to evaporate using a special electrode designed for ionizing the metals, while the metals interact with the elements from groups C, N, O and B on the unheated base -25 body done.

Bei diesem Herstellungsverfahren führen die Temperaturverhältnisse beim Auftragen der Beschichtung jedoch zur Vernichtung der Energie der Wechselwirkung der Metalle und der Elemente aus der Gruppe C, N, O und B durch den 30 nicht erhitzten Grundkörper, was zur Entstehung einer Beschichtung mit einem hohen Niveau an freier Oberflächenenergie führt, was wiederum die Standzeit des Werkzeuges verringert. In this manufacturing process, however, the temperature conditions during the application of the coating lead to the destruction of the energy of the interaction of the metals and the elements from groups C, N, O and B through the non-heated base body, which leads to the formation of a coating with a high level of free Surface energy leads, which in turn reduces the tool life.

Ausserdem ermöglicht in diesem Herstellungsverfahren 35 der Verdampfungs- und Ionisierungsprozess der Metalle nicht die Erzielung eines hohen Ionisierungsgrads, was ebenfalls zur Entstehung einer Beschichtung mit einem hohen Niveau an freier Oberflächenenergie führt und was, wie schon oben erwähnt, die Standzeit des Werkzeugs verringert. In addition, in this manufacturing process 35, the evaporation and ionization process of the metals does not enable a high degree of ionization to be achieved, which likewise leads to the formation of a coating with a high level of free surface energy and which, as already mentioned above, reduces the service life of the tool.

40 Bekannt ist noch ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines spanenden Werkzeugs (Dissertation von S.V. Kasja-nov «Untersuchung der Schneideigenschaften und Erarbeitung weiterer Wege der Entwicklung von Werkzeugen mit verschleissfesten Beschichtungen», Moskau, 1979, Moskauer Hochschule für Werkzeugmaschinenbau, S. 50, russ.), das im Verdampfen und Ionisieren wenigstens eines Metalls im Vakuum, im Erhitzen des Grundkörpers in der Säuberung der Arbeitsfläche des Grundkörpers durch Bombardierung mit Ionen wenigstens eines Metalls, in der folgenden Zuleitung eines gasförmigen Reaktanten in das Vakuum und in der Wechselwirkung wenigstens eines Metalls mit wenigstens einem Element des Reaktanten bis zur Bildung einer verschleissfesten Beschichtung besteht. 40 Another method for producing a cutting tool is known (dissertation by SV Kasja-nov "Examination of the cutting properties and development of further ways of developing tools with wear-resistant coatings", Moscow, 1979, Moscow University of Machine Tool Building, p. 50, russ .) that in the evaporation and ionization of at least one metal in a vacuum, in the heating of the base body in the cleaning of the working surface of the base body by bombardment with ions of at least one metal, in the subsequent supply of a gaseous reactant in the vacuum and in the interaction of at least one metal with at least one element of the reactant until a wear-resistant coating is formed.

55 Aber auch dieses Herstellungsverfahren ermöglicht nicht die Erzielung eines minimalen Werts an freier Energie der Arbeitsfläche. Das bewirkt eine intensive Diffusions- und Adhäsionswechselwirkung der Arbeitsfläche mit dem zu bearbeitenden Material, was wiederum die Standzeit des spa-60 nenden Werkzeugs verringert. 55 But even this manufacturing process does not allow a minimum amount of free energy to be achieved on the work surface. This causes an intensive diffusion and adhesion interaction of the work surface with the material to be machined, which in turn reduces the service life of the cutting tool.

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein spanendes Werkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, das solch eine Struktur der Beschichtung hat, die deren Standzeit erhöht, und ein Herstellungsverfahren dieses Werkzeuges zu 65 schaffen, bei dem die Temperaturverhältnisse und der Druck, bei dem die verschleissfeste Beschichtung aufgetragen wird, eine Erhöhung der Standzeit des Werkzeugs ermöglichen. The invention has for its object to provide a cutting tool of the type mentioned, which has such a structure of the coating that increases its service life, and to create a manufacturing method of this tool, in which the temperature conditions and the pressure at which the wear-resistant coating is applied, allow an increase in tool life.

3 3rd

667 605 667 605

Diese Aufgabe wird beim vorgeschlagenen Werkzeug dadurch erreicht, dass das Werkzeug die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 umschriebenen Merkmale aufweist. This object is achieved in the proposed tool in that the tool has the features described in the characterizing part of patent claim 1.

Es ist zweckmässig, dass die kristallografische Ebene jene ist, die die minimale Oberflächenenergie aufweist. It is appropriate that the crystallographic level is the one that has the minimum surface energy.

Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art weist die im Kennzeichen des Patentanspruches 3 umschriebenen Merkmale auf. The proposed manufacturing process of the type mentioned has the features described in the characterizing part of claim 3.

In der vorliegenden Erfindung ist die zwischenmolekulare Wechselwirkung zwischen dem spanenden Werkzeug und dem zu bearbeitenden Material auf ein Minimum gebracht worden, was zur Verringerung der Intensität der Prozesse der Adhäsions-, chemischen und Diffusionswechselwirkung zwischen dem spanenden Werkzeug und dem zu bearbeitenden Material führt, was wiederum die Standzeit des spanenden Werkzeugs erhöht. In the present invention, the intermolecular interaction between the cutting tool and the material to be machined has been minimized, which leads to the reduction in the intensity of the processes of adhesion, chemical and diffusion interaction between the cutting tool and the material to be machined, which in turn the service life of the cutting tool increases.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, und zwar zeigen: In the following, the invention is explained by the description of an embodiment and with reference to the accompanying drawings, which show:

Fig. 1 die Gesamtansicht eines nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellten spanenden Werkzeuges (teilweiser Ausschnitt); und 1 shows the overall view of a cutting tool produced according to the proposed method (partial cutout); and

Fig. 2 die Gesamtansicht des spanenden Werkzeuges ähnlich wie Fig. 1, bei dem jedoch die kristallografische Ebene der Mikrokristalle jene ist, die eine minimale Oberflä-chenenergie aufweist. FIG. 2 shows the overall view of the cutting tool similar to FIG. 1, but in which the crystallographic level of the microcrystals is that which has a minimal surface energy.

Das spanende Werkzeug enthält einen Grundkörper 1 (Fig. 1), dessen Arbeitsfläche 2 eine Beschichtung 3 hat, die durch die Verbindung TiN gebildet ist. The cutting tool contains a base body 1 (FIG. 1), the working surface 2 of which has a coating 3 which is formed by the connection TiN.

In Fig. 1 sind schematisch (stark vergrössert) die Mikrokristalle der Verbindung TiN abgebildet, die mit ein und derselben kristallografischen Ebene 4 parallel zur Arbeitsfläche 2 des Grundkörpers 1 orientiert sind. In Fig. 1, the microcrystals of the compound TiN are shown schematically (greatly enlarged), which are oriented with one and the same crystallographic plane 4 parallel to the working surface 2 of the base body 1.

In Fig. 2 sind schematisch (stark vergrössert) die Mikrokristalle der Verbindung TiN abgebildet, die mit ihrer durch minimale Oberflächenenergie gekennzeichneten kristallografischen Ebene parallel zur Arbeitsfläche 2 des Grundkörpers 1 orientiert sind. 2 shows schematically (greatly enlarged) the microcrystals of the compound TiN, which are oriented parallel to the working surface 2 of the base body 1 with their crystallographic plane characterized by minimal surface energy.

Das Verfahren zur Herstellung des Werkzeuges besteht darin, dass wenigstens ein Metall im Vakuum verdampft und ionisiert wird. Dann erwärmt man den Grundkörper und säubert seine Arbeitsfläche durch Bombardierung mit Metallionen. Das Erwärmen des Grundkörpers wird bis zu einer Temperatur, die weniger als 100 CC unter der Entfesti-gungstemperatur des Grundkörpers liegt, vorgenommen. The method for producing the tool is that at least one metal is evaporated and ionized in vacuo. Then you heat the base body and clean your work surface by bombarding it with metal ions. The base body is heated to a temperature which is less than 100 ° C below the softening temperature of the base body.

Die Erwärmungstemperatur wird während der Entstehung der Beschichtung in einem Bereich zwischen dieser Temperatur und der Temperatur + 50 °C gehalten. Dann wird ein gasförmiger Reaktant zugeführt, der wenigstens ein Element aus der Gruppe C, N, O, B und Si enthält, dessen Druck in einem Bereich von 13,33 bis 1,33 ■ 10-2 Pa reguliert wird, und man lässt das Metall mit wenigstens einem der Elemente der Gruppe C, N, O, B und Si reagieren, was zur Bildung der verschleissfesten Beschichtung führt, die Mikrokristalle einer Verbindung des wenigstens einen Metalles mit wenigstens einem der Elemente aus der Gruppe C, N, O, B und Si enthält, die mit ein und derselben kristallografischen Ebene parallel zur Arbeitsfläche des Grundkörpers orientiert sind. The heating temperature is kept in a range between this temperature and the temperature + 50 ° C during the formation of the coating. Then a gaseous reactant is supplied which contains at least one element from the group C, N, O, B and Si, the pressure of which is regulated in a range from 13.33 to 1.33 ■ 10-2 Pa, and is allowed to do so Metal react with at least one of the elements of group C, N, O, B and Si, which leads to the formation of the wear-resistant coating, the microcrystals of a compound of the at least one metal with at least one of the elements from group C, N, O, B and contains Si, which are oriented with one and the same crystallographic plane parallel to the working surface of the base body.

Das spanende Werkzeug wirkt folgendermassen. The cutting tool works as follows.

Während des Prozesses der Metallverarbeitung tritt die verschleissfeste Beschichtung 3 (Fig. 1,2) mit dem zu bearbeitenden Metall unter hoher Temperatur und hohem Druck in Wechselwirkung, die in der Schneidzone entstehen. Die Orientierung des grössten Teiles der Mikrokristalle mit ein und derselben kristallografischen Ebene 4 parallel zur Arbeitsfläche 2 des Grundkörpers 1 ermöglicht eine Verringerung der freien Energie der Arbeitsfläche 2 des Grundkörpers 1, was zu einer Verringerung der Intensität der zwischenmolekularen Wechselwirkung der Arbeitsfläche 2 mit dem zu bearbeitenden Material führt. During the process of metal processing, the wear-resistant coating 3 (FIG. 1, 2) interacts with the metal to be processed under high temperature and high pressure, which arise in the cutting zone. The orientation of the majority of the microcrystals with one and the same crystallographic plane 4 parallel to the work surface 2 of the base body 1 enables a reduction in the free energy of the work surface 2 of the base body 1, which leads to a reduction in the intensity of the intermolecular interaction of the work surface 2 with that to be processed Material leads.

Wenn die kristallografische Ebene 5 (Fig. 2) der Mikrokristalle jene ist, die eine minimale Oberflächenenergie besitzt, sinkt die zwischenmolekulare Wechselwirkung bis auf einen minimalen Wert, wodurch die Standzeit des spanenden Werkzeugs noch mehr erhöht wird. If the crystallographic plane 5 (Fig. 2) of the microcrystals is that which has a minimal surface energy, the intermolecular interaction drops to a minimal value, which increases the service life of the cutting tool even more.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sind im folgenden konkrete Durchführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. For a better understanding of the present invention, concrete examples of implementation of the invention are shown below.

Beispiel 1. Example 1.

Hergestellt wurden Bohrer 0 5 mm und Probekörper für eine Röntgen-Strukturuntersuchung der Beschichtung aus Stahl folgender Zusammensetzung: Drills 0 5 mm and test specimens were produced for an X-ray structural examination of the steel coating of the following composition:

C Cr W V Mo Fe C Cr W V Mo Fe

0,85 3,6 6,0 2,0 5,0 Rest 0.85 3.6 6.0 2.0 5.0 Rest

Anlasstemperatur des Stahls: 560 :C. Tempering temperature of the steel: 560: C.

Die von Verunreinigungen gesäuberten Bohrer und der Probekörper für die Röntgen-Strukturuntersuchung wurden in Spezialkassetten gelegt und gleichzeitig in eine Vakuumkammer eingebracht, in der eine Titankatode aufgestellt worden war. In der Kammer wurde ein Vakuum von 6,65 • 10~3 Pa erzeugt, danach ein elektrischer Bogen gezündet und auf diese Weise das Titan verdampft und ionisiert. The drills cleaned from contamination and the test specimen for the X-ray structural examination were placed in special cassettes and at the same time placed in a vacuum chamber in which a titanium cathode had been set up. A vacuum of 6.65 · 10 ~ 3 Pa was created in the chamber, then an electric arc was ignited and the titanium evaporated and ionized in this way.

An die Bohrer und den Probekörper für die Röntgen-Strukturuntersuchung wurde eine negative Spannung angelegt, die die positiv geladenen Titanionen beschleunigt, und durch Bombardierung der Arbeitsfläche der Bohrer und des Probekörpers mit Titanionen wurde die Säuberung ihrer Oberfläche und das Erwärmen des Grundkörpers vorgenommen. Dann wurde die an die Bohrer und den Probekörper angelegte Spannung verringert. Gleichzeitig strömte in die Kammer Stickstoff ein, der mit dem Titan reagierte bis zur Entstehung einer Beschichtung aus der hochschmelzbaren Verbindung TiN, die Mikrokristalle enthält. Das Auftragen der Beschichtung TiN auf die Arbeitsfläche der Bohrer und die Oberfläche des Probekörpers wurde bei verschiedenen Erwärmungsverläufen und bei verschiedenen Werten des Stickstoffdrucks vorgenommen. A negative voltage was applied to the drill and the specimen for the X-ray structural examination, which accelerates the positively charged titanium ions, and by bombarding the working surface of the drill and the specimen with titanium ions, the surface was cleaned and the base body was heated. Then the tension applied to the drill and the specimen was reduced. At the same time, nitrogen flowed into the chamber, which reacted with the titanium until a coating was formed from the meltable compound TiN, which contains microcrystals. The coating of TiN was applied to the work surface of the drill and the surface of the test specimen with different heating processes and with different values of the nitrogen pressure.

Jedes Verfahren wurde an einer neuen Bohrerserie im Beisein eines neuen Probekörpers erprobt. Der Orientierungsgrad der Mikrokristalle der hochschmelzbaren Verbindung TiN wurde nach der Methode der Röntgen-Strukturuntersuchung der Beschichtung des Probekörpers nach der Höhe der Spitze der Beugung der Röntgenstrahlung von der kristallografischen Ebene 4 (5) des Mikrokristalls mit minimaler Oberflächenenergie bestimmt. Die höchste Spitze der Beugung der Röntgenstrahlung von der Ebene 4 (5) wird in der gegebenen Serie als 100% angenommen und im Vergleich dazu die Höhe der Spitzen der Beugung dieser Ebene der Mikrokristalle TiN in den übrigen Versuchen abgeschätzt. Each method was tested on a new drill series in the presence of a new test specimen. The degree of orientation of the microcrystals of the meltable compound TiN was determined by the method of X-ray structural examination of the coating of the test specimen according to the height of the peak of the diffraction of the X-rays from the crystallographic plane 4 (5) of the microcrystalline with minimal surface energy. The highest peak of X-ray diffraction from level 4 (5) is assumed to be 100% in the given series and, in comparison, the level of the peak of diffraction of this level of the TiN microcrystals is estimated in the remaining experiments.

Je 5 Bohrer aus jeder fertigen Bohrerserie mit einer Beschichtung aus TiN wurden beim Bohren von 15 mm tiefen Löchern in Stahl der Zusammensetzung 5 drills from each finished drill series with a coating of TiN were made when drilling 15 mm deep holes in steel of the composition

C Fe C Fe

0,42 bis 0,49 Rest auf einer Senkrechtbohrmaschine bei folgender Arbeitsweise erprobt: 0.42 to 0.49 rest tested on a vertical drill using the following method:

— Geschwindigkeit V = 4,5 m/min - speed V = 4.5 m / min

— Vorschubgrösse S = 0,03 mm/U - Feed size S = 0.03 mm / rev

5 5

10 10th

13 13

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

Tabelle 1 Table 1

Lfd. Nr. Werkzeug Erwärmungstemperatur des Grundkörpers Druck des Stickstoffs Current No. tool heating temperature of the base body pressure of nitrogen

Pa bei der Bombardie- bei Entstehung der rung durch Metall- Beschichtung, Pa in the case of bombardment when metal coating occurs

ionen, ions,

2 2nd

C C.

3 3rd

C 4 C 4

5 5

Bohrer aus Stahl mit einer Steel drill with a

500 500

400 400

1,33 1.33

10~2 10 ~ 2

Beschichtung aus TiN TiN coating

2,66 2.66

10 2 10 2

500 500

400 400

6,65 6.65

10"2 10 "2

500 500

400 400

3,99 3.99

10~2 10 ~ 2

500 500

400 400

1,19 1.19

500 500

400 400

2,66 2.66

550 550

40 40

3,99 3.99

10"1 10 "1

550 550

50 50

3,99 3.99

10 1 10 1

550 550

400 400

3,99 3.99

10-' 10- '

550 550

500 500

3,99 3.99

10-' 10- '

Bohrer aus einer Hartlegie Hard alloy drill bits

650 650

600 600

1,33 1.33

10-2 10-2

rung mit einer Beschichtung with a coating

650 650

600 600

6,65 6.65

10*2 10 * 2

aus (Ti, HON from (Ti, HON

650 650

600 600

1,19 1.19

650 650

600 600

1,33 1.33

650 650

600 600

2,66 2.66

650 650

40 40

6,65 6.65

10-' 10- '

650 650

80 80

6,65 6.65

10-' 10- '

650 650

100 100

6,65 6.65

10-' 10- '

650 650

500 500

6,65 6.65

10-' 10- '

750 750

500 500

6,65 6.65

10-' 10- '

400 400

6,65 6.65

10-' 10- '

Intensität der Beugung der Vcrsuchsergebnisse Koeffizient der Diffraction intensity of search results coefficient of

Röntgenstrahlung von der (Anzahl der Löcher) Erhöhung der Orienticrungscbene der Standzeit Mikrokristalle X-rays from the (number of holes) increase in the orientation plane of the service life of microcrystals

6 6

7 7

8 8th

40 40

450 450

1,0 1.0

60 60

650 650

1,44 1.44

90 90

750 750

1,7 1.7

100 100

810 810

1,8 1.8

- -

350 350

- -

30 30th

450 450

1,0 1.0

80 80

700 700

1,6 1.6

90 90

750 750

1,7 1.7

100 100

800 800

1,8 1.8

40 40

410 410

1,8 1.8

60 60

500 500

2,08 2.08

90 90

800 800

3,3 3.3

100 100

1070 1070

4,4 4.4

- -

240 240

- -

30 30th

260 260

1,1 1.1

60 60

500 500

2,1 2.1

80 80

750 750

3,1 3.1

100 100

1070 1070

4,4 4.4

100 100

800 800

3,3 3.3

85 85

580 580

2,4 2.4

Die Tabelle 1 zeigt die Versuchsergebnisse der Serien der Bohrer und Probekörper für die Röntgen-Strukturuntersu-chungen, die in neun verschiedenen Betriebsbedingungen hergestellt wurden. Table 1 shows the test results of the series of drills and test specimens for the X-ray structural examinations, which were produced in nine different operating conditions.

Die grösste Standzeit der Bohrer wird laut Versuchsergebnissen bei Einhaltung einer Erwärmungstemperatur der Grundkörper der Bohrer vor der Einführung des Stickstoffs von 500 bis 550 C, eines Drucks des Stickstoffs von 1,19 Pa und einer Erwärmungstemperatur der Bohrer während der Wechselwirkung des Titans mit dem Stickstoff in einem Bereich von 50 °C bis 500 °C erreicht. Dabei zeichneten sich die Bohrer mit einer Beschichtung aus TiN, die Mikrokristalle enthält, deren überwiegende Menge mit der Ebene 4 (5) parallel zur Arbeitsfläche des Grundkörpers orientiert ist, durch grösste Standzeit aus. According to the test results, the longest service life of the drills is maintained if the basic temperature of the drills is maintained before the introduction of nitrogen from 500 to 550 C, the nitrogen pressure of 1.19 Pa and the heating temperature of the drills during the interaction of the titanium with the nitrogen reached a range of 50 ° C to 500 ° C. The drills with a coating made of TiN, which contains microcrystals, the majority of which is oriented with level 4 (5) parallel to the working surface of the base body, were characterized by the longest service life.

Beispiel 2. Example 2.

Hergestellt wurden Bohrer 0 5 mm und Probekörper für Röntgen-Strukturuntersuchungen aus einer Hartlegierung der Zusammensetzung Drills 0 5 mm and test specimens for X-ray structural examinations were produced from a hard alloy of the composition

WC Co 92% Rest mit einer Entfestigungstemperatur von 700 bis 720 CC. WC Co 92% rest with a softening temperature of 700 to 720 CC.

Die von Verunreinigungen gesäuberten Bohrer und ein Probekörper für Röntgen-Strukturuntersuchungen wurden gleichzeitig in eine Vakuumkammer eingebracht, in der sich eine Katode aus einer aus 50% Ti und 50% Hf bestehenden Legierung befand. Das Auftragen der Beschichtung geschah analog wie im Beispiel 1, jedoch mit dem Unterschied, dass sich in der Vakuumkammer eine Katode aus einer aus 50% Ti und 50% Hf bestehenden Legierung befand. Die Beschichtung aus der hochschmelzbaren Verbindung (Ti, Hf)N wurde auf die Oberfläche der Bohrer und Probekörper nach verschiedenen Erwärmungsverläufen und bei verschiedenen The contaminated drill and a test specimen for X-ray structural examinations were simultaneously placed in a vacuum chamber in which a cathode made of an alloy consisting of 50% Ti and 50% Hf was located. The coating was applied analogously to Example 1, but with the difference that there was a cathode made of an alloy consisting of 50% Ti and 50% Hf in the vacuum chamber. The coating of the meltable compound (Ti, Hf) N was applied to the surface of the drill and test specimen after various heating processes and at different temperatures

667 605 667 605

Drücken des Stickstoffs aufgetragen. Der Orientierungsgrad der Mikrokristalle der hochschmelzbaren Verbindung wurde wie im Beispiel 1 gemessen. Pressurized nitrogen applied. The degree of orientation of the microcrystals of the meltable compound was measured as in Example 1.

Je 5 Bohrer aus jeder fertigen Bohrerserie mit einer Beschichtung aus der hochschmelzbaren Verbindung (Ti, Hf)N wurden beim Bohren von Löchern in Graphit auf einer Senkrechtbohrmaschine bei folgender Bohrweise erprobt: 5 drills from each finished drill series with a coating made of the meltable compound (Ti, Hf) N were tested when drilling holes in graphite on a vertical drill with the following drilling method:

— Geschwindigkeit V =68 m/min - speed V = 68 m / min

— Vorschubgrösse S = 0,18 mm/U - Feed size S = 0.18 mm / rev

— Tiefe des Loches 1 = 16 mm - Depth of the hole 1 = 16 mm

Die Tabelle 1 zeigt die Versuchsergebnisse der Bohrer und der Probekörper für die Röntgen-Strukturuntersuchun-gen, die unter verschiedenen Betriebsbedingungen hergestellt wurden. Die grösste Standzeit der Bohrer wird laut Versuchsergebnissen bei Einhaltung einer Erwärmungstemperatur des Hartlegierungsgrundkörpers vor der Einführung des Stickstoffs von 600° bis 700 °C, eines Drucks des Stickstoffs von 6,65 • 10"1 Pa und einer Erwärmungstemperatur des Hartlegierungsgrundkörpers während des Auftragens der Beschichtung von 100 C bis 600 C erreicht. Table 1 shows the test results of the drills and the test specimens for the X-ray structural examinations, which were produced under different operating conditions. According to the test results, the longest service life of the drills is maintained if the heating temperature of the hard alloy base body is maintained before the introduction of nitrogen from 600 ° to 700 ° C., the nitrogen pressure is 6.65 • 10 "1 Pa and the heating temperature of the hard alloy base body is applied during the application of the coating reached from 100 C to 600 C.

Dabei zeichnen sich die Bohrer mit einer Beschichtung aus der hochschmelzbaren Verbindung (Ti, Hf)N, die Mikrokristalle enthält, deren überwiegende Menge mit der durch minimale Oberflächenenergie gekennzeichneten Ebene 4 (5) parallel zur Arbeitsfläche des Grundkörpers orientiert ist, durch grösste Standzeit aus. The drills are characterized by a coating made of the highly fusible compound (Ti, Hf) N, which contains microcrystals, the majority of which is oriented with the level 4 (5) characterized by minimal surface energy parallel to the working surface of the base body, with the longest service life.

Die vorliegende Erfindung kann für die Metallbearbeitung durch verschiedenende Zerspanungsarten angewendet werden. The present invention can be applied to metal working by various types of machining.

Die Erfindung ermöglicht ausserdem eine Verbesserung der Qualität von Aussenflächen- und Korrosionsschutzüberzügen und eine Verbesserung der Betriebscharakteristiken der Bauteile von gleitenden Paarungen. The invention also enables an improvement in the quality of outer surface and anti-corrosion coatings and an improvement in the operating characteristics of the components of sliding pairings.

Die Erfindung kann für die Herstellung von spanenden Werkzeugen aus verschiedenartigen, für die Werkzeugherstellung verwendeten Werkstoffen eingesetzt werden. The invention can be used for the production of cutting tools from various materials used for tool production.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

S S

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

667 605

1. Cutting tool with a base body (1), on the working surface (2) of which a wear-resistant coating (3) is applied, which contains microcrystals of a meltable compound of at least one metal with at least one of the elements C, N, O, B and Si, characterized in that the microcrystals with one and the same crystallographic plane (4, 5) are largely oriented parallel to the working surface (2) of the base body.

2. Tool according to claim 1, characterized in that the crystallographic plane (4, 5) is the one with the minimum surface energy.

2nd

PATENT CLAIMS

3. The method for producing the tool according to claim 1, in which at least one metal is evaporated and ionized in vacuo, the base body is heated and its working surface is cleaned by bombardment with ions of the metal, after which a gaseous reactant which comprises at least one of the elements C, Contains N, O, B and Si, is fed to the vacuum and the metal is interacted with at least one of these elements until the formation of the microcrystals, characterized in that the base body (1) up to a temperature which is less than 100 C. is below its softening temperature, is heated and that during the formation of the coating (3) a temperature range between this heating temperature of the base body and 50 ° C. with simultaneous regulation of the pressure of the gaseous reactant in a range from 13.3 Pa to 1.33. 10-2 Pa is observed.