CS223209B1

CS223209B1 - Method of ammeliorating the cutting properties of the tool materials

Info

Publication number: CS223209B1
Application number: CS681980A
Authority: CS
Inventors: Dusan Friedl; Jaroslav Hofmann
Original assignee: Dusan Friedl; Jaroslav Hofmann
Priority date: 1980-10-09
Filing date: 1980-10-09
Publication date: 1983-09-15

Abstract

Vynález řeší způsob zlepšení řezných vlastností nástrojových materiálů zejména britových destiček ze slinutých interstltických sloučenin titanu. Podstatou vynálezu je, že na podkladový materiál na bázi interstitických sloučenin (TiC-Mo-Ni), [T:i(C,N)-Mo-Ni], [Ti(C,N)-Mo(C,N)-Nij nebo těchto soustav rozšířených o přísadu karbidu, nitridu nebo karbonitridu kovů jako (Tij, (Zr), (Hf), (V), (Nb), (Ta), (Cr), (Mo) nebo (W), přičemž nikl může být zčásti nahrazen kobaltem, se nanese povlak z interstitických sloučenin titanu jako karbidu titanu (TiCj, nitridu titanu (TiN) nebo karbonitridu titanu [Ti(C,N)j, přičemž podkladový materiál s povlakem interstitických sloučenin titanu se opatří kysličníkovou vrstvou.The present invention provides a method for improving cutting properties of tool materials in particular sintered interstitial cutting inserts titanium compounds. It is an object of the present invention to provide a backing interstitial compound material (TiC-Mo-Ni), [T: (C, N) -Mo-Ni], [Ti (C, N) -Mo (C, N) -Nij] or these extended systems a carbide, nitride or carbonitride additive metals such as (Tij, (Zr), (Hf), (V), (Nb), (Ta), (Cr), (Mo) or (W), wherein the nickel may be partially replaced by cobalt, a coating is applied of interstitial titanium compounds as carbide titanium (TiCi, titanium nitride (TiN) or titanium carbonitride [Ti (C, N) j, with base Interstitic coated material titanium compounds are coated with oxide layer.

Description

22

Vynález řeší způsob zlepšení řezných vlastností nástrojových materiálů zejména britových destiček ze slinutých interstltických sloučenin titanu.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for improving the cutting properties of tool materials, in particular brittle inserts of sintered interstitial titanium compounds.

Podstatou vynálezu je, že na podkladový materiál na bázi interstitických sloučenin (TiC-Mo-Ni), [T:i(C,N)-Mo-Ni], [Ti(C,N)-Mo(C,N)-Nij nebo těchto soustav rozšířených o přísadu karbidu, nitridu nebo karbonitridu kovů jako (Tij, (Zr), (Hf), (V), (Nb), (Ta), (Cr), (Mo) nebo (W), přičemž nikl může být zčásti nahrazen kobaltem, se nanese povlak z interstitických sloučenin titanu jako karbidu titanu (TiCj, nitridu titanu (TiN) nebo karbonitridu titanu [Ti(C,N)j, přičemž podkladový materiál s povlakem interstitických sloučenin titanu se opatří kysličníkovou vrstvou.It is an object of the invention that for a substrate material based on interstitial compounds (TiC-Mo-Ni), [T: i (C, N) -Mo-Ni], [Ti (C, N) -Mo (C, N) - Nij or these systems extended by the addition of metal carbide, nitride or carbonitride such as (Tij, (Zr), (Hf), (V), (Nb), (Ta), (Cr), (Mo) or (W)), nickel can be partially replaced by cobalt, a coating of interstitial titanium compounds such as titanium carbide (TiCl 3, titanium nitride (TiN) or titanium carbonitride [Ti (C, N)] is deposited, the interstitial titanium compound backing being coated with an oxide layer.

Vynález se týká způsobu zlepšení řezných vlastností nástrojových materiálů, zejména břitových destiček ze slinutých interstitických sloučenin titanu.The invention relates to a method for improving the cutting properties of tool materials, in particular inserts of sintered interstitial titanium compounds.

Je známo, že slinuté karbidy titanu na bázi TiC-Mo-Ni podobně jako slinuté karbonitridy titanu na bázi Ti(CN]-Mo-Ni nebo spinodální slitiny titanu na bázi Ti(C,N]-Mo(C,N)-Ni představují novou generaci nástrojových materiálů, které lze označit společným názvem „slinuté interstitické sloučeniny titanu“. Jedním z představitelů této nové generace je slinutý karbid titanu, který prokázal nejen v laboratorních zkouškách, ale v provozním nasazení v řadě průmyslových závodů vynikající řezné vlastnosti, neboť svou trvanlivostí břitu předčí ekvivalentní druhy slinutých karbidů konvenčního složení na bázi WC-TiC-Co respektive WC-TiC-Tac-Co v průměru pět až desektrát. Je rovněž známo, že vývoj nanášení tenkých otěruvzdorných vrstev z karbidu titanu TiC, nitridu titanu TiN, karbonitridů titanu Ti(C,N) i kysličníkových vrstev jako například z AI2O3 na povrch slinutých karbidů konvenčního složení na bázi WC-TiC-Co respektive WC-TiC-TaC-Co přinesl výrazné zlepšení řezných vlastností těchto nástrojových materiálů. Byl vyvinut způsob nanášení povlakových vrstev z TiC, TIN a Ti(C,N) na povrch konvenčních slinutých karbidů, čímž se zvýšila trvanlivost břitu v průměru tři až desetkrát. I když výsledky obou naznačených vývojových směrů jsou vysoce progresivní, přesto se i u nich vyskytují určité nedostatky. Podobně jako u konvenčních slinutých karbidů, tak i u materiálů na bázi interstitických sloučenin titanu jsou kritickými místy břitu místa, na nichž proniká kobaltová nebo niklová pojící fáze mezi krystaly karbidické nebo karbonitridové fáze na povrch řezné destičky. U konvenčních slinutých karbidů s otěruvzdornými povlaky, zejména v těžkých řezných podmínkách může docházet k porušení adhese povrchové vrstvy vlivem rozdílů v tepelné roztažnosti materiálu povlaku a podkladového slinutého karbidu. Tato okolnost vyžaduje vysoce jakostní podkladové materiály, většinou s obsahem drahého TaC, což přináší i ekonomické nevýhody.TiC-Mo-Ni-based sintered titanium carbides are known to be similar to Ti (CN) -Mo-Ni-based sintered titanium carbonitrides or Ti (C, N] -Mo (C, N) -Ni-based titanium alloys represent a new generation of tool materials that can be referred to as “sintered interstitial titanium compounds.” One representative of this new generation is sintered titanium carbide, which has proven not only in laboratory tests, but in operational use in a number of industrial plants cutting edge durability outperforms equivalent conventional cemented carbide grades based on WC-TiC-Co and WC-TiC-Tac-Co on average by five to ten times. titanium Ti (C, N) and oxide layers such as Al2O3 to the surface of cemented carbides of conventional WC- TiC-Co and WC-TiC-TaC-Co respectively resulted in a significant improvement in the cutting properties of these tool materials. A method of depositing TiC, TIN and Ti (C, N) coatings on the surface of conventional cemented carbides has been developed, thereby increasing the tool life on average three to ten times. Although the results of the two directions of development indicated are highly progressive, they still have some shortcomings. As with conventional cemented carbides, the interstitial titanium compound based materials are critical points of the cutting edge where the cobalt or nickel bonding phase penetrates between the carbide or carbonitride phase crystals onto the cutting surface. Conventional cemented carbides with abrasion-resistant coatings, particularly under severe cutting conditions, can cause the adhesion of the coating to the surface due to differences in thermal expansion of the coating material and the underlying cemented carbide. This circumstance requires high-quality substrates, mostly containing expensive TaC, which also brings economic disadvantages.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob zlepšení řezných vlastností nástrojových materiálů, zejména břitových destiček ze slinutých interstitických sloučenin titanu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na podkladový materiál na bázi interstitických sloučenin titanu soustav karbid titanu, molybden a nikl (TiC-Mo-Ni), karbonitrid titanu, molybdenu a niklu [Ti(C,Nj-Mo-NiJ, karbonitrid titanu, karbonitrid molybdenu a nikl [Ti(C,N)-Mo(C,N)-Ni] nebo těchto soustav rozšířených o přísadu karbidu, nitridu nebo karbonitridů kovů ze skupiny zahrnující titan, zirkonium, hafnium, vanad, niob, tantal, chrom, molybden a wolfram, přičemž nikl může být zčásti nahrazen kobaltem, se nanese povlak z interstitických sloučenin titanu ze skupiny zahrnující karbid titanu, nitrid titanu nebo karbonitrid titanu a podkladový materiál s povlakem interstitických sloučenin titanu se případně opatří vrstvou kysličníku hlinitého.The above-mentioned disadvantages are eliminated by a method for improving the cutting properties of tool materials, in particular inserts of sintered interstitial titanium compounds according to the invention, characterized in that titanium carbide, molybdenum and nickel (TiC-Mo-Ni) systems , titanium, molybdenum and nickel carbonitride [Ti (C, Nj-Mo-NiJ), titanium carbonitride, molybdenum and nickel carbonitride [Ti (C, N) -Mo (C, N) -Ni] or these systems enhanced with carbide additive, a metal nitride or carbonitride group selected from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten, where nickel can be partially replaced by cobalt, a coating of titanium carbide, titanium nitride or carbonitride The titanium interstitial titanium compound backing is optionally coated with an alumina layer.

Navrhované zdokonalení přináší až dvojnásobné prodloužení trvanlivosti břitu destiček povlakovaných vůči destičkám z téhož podkladového materiálu, avšak bez otěruvzdorné vrstvy. Oproti povlakovaným destičkám s podkladem z konvenčních slinutých karbidů lze očekávat asi pětinásobné zvýšení trvanlivosti břitu.The proposed improvement provides up to twice the tool life of the inserts coated with inserts of the same backing material, but without the abrasion-resistant layer. Compared to coated inserts with a conventional cemented carbide backing, the tool life of the cutting edge is expected to be about five times higher.

Z dosavadní praxe je známo, že podkladový materiál břitových destiček s otěruvzdornými povlaky podstatně ovlivňuje jejich výsledné řezné vlastnosti. Podkladový materiál musí splňovat podmínky dokonalé kompatibility s materiálem povlakové vrstvy a sám musí mít dobré řezné vlastnosti. Ve srovnání s konvenčními slinutými karbidy na bázi WC-TiC-Co nebo WC-TiC-TaC-Co splňuje slinutý karbid titanu soustavy TiC-Mo-Ni spolu s ostatními slinutými interstitickými sloučeninami titanu v maximální míře předpoklady pro dokonalý podkladový materiál. Na rozdíl od hexagonální krystalové mřížky WC krystalují interstitické sloučeniny titanu TiC a TiN stejně jako karbonitridy titanu Ti(C,N) a taktéž i jejich tuhé roztoky s Mo, MoC, MoN a Mo(C,N) v isomorfních kubických mřížkách typu NaCl, tak, že krystalová struktura povlaku i podkladu je prakticky totožná. Tím jsou dány nejlepší podmínky ke vzniku a ukládání povlakových vrstev z uvedených materiálů s minimálními rozdíly v tepelné roztažnosti a s maximální adhesí při změnách teploty. Vzhledem k tomu, že se interstitické sloučeniny titanu vyznačují podstatně menší rozpustností v Fe ve srovnání s WC, pak ani případné porušení povlakové vrstvy nemusí vést k předčasnému katastrofickému opotřebení, neboť pod ní se nachází vysoce otěruvzdorný podkladový materiál.It is known in the prior art that the backing material of wear-resistant inserts substantially affects their resulting cutting properties. The backing material must meet the conditions of perfect compatibility with the coating material and must have good cutting properties. Compared to conventional WC-TiC-Co or WC-TiC-TaC-Co-based sintered carbides, sintered titanium carbide meets the TiC-Mo-Ni system together with other sintered interstitial titanium compounds to the maximum extent possible for a perfect substrate. Unlike the hexagonal WC crystal lattice, the interstitial titanium compounds TiC and TiN as well as the titanium carbonitrides Ti (C, N) and their solid solutions with Mo, MoC, MoN and Mo (C, N) crystallize in isomorphic cubic lattices of the NaCl type, such that the crystal structure of the coating and the substrate is virtually identical. This provides the best conditions for the formation and deposition of coating layers of said materials with minimal differences in thermal expansion and maximum adhesion when temperature changes. Since interstitial titanium compounds are characterized by a considerably lower solubility in Fe compared to WC, even a possible breakdown of the coating may not lead to premature catastrophic wear, as there is a highly abrasion-resistant backing material underneath.

PříkladExample

Britové destičky SNMN 120408 ze slinutého karbidu titanu o složení 79,6 hmot. % TiC,British inserts SNMN 120408 made of sintered titanium carbide of 79.6 wt. % TiC,

8,6 % Mo, 1,75 % WC, 9,8 % Ni, 0,25 % Co se slinují ve vakuu za teploty 1415 °C a po slinutí se brousí diamantovým kotoučem s chlazením na drsnost povrchu Raě0,4 μτη. Na destičkách tvarově upravených broušením a dokonale odmaštěných vytvoří se otěruvzdorný povlak z karbonitridů titanu o složení TíCq,7N_0j3 a tloušťce 6 až 8 μπι žíháním destiček při teplotě 1025 °C v atmosféře obsahující vodík a dusík v poměru 1:1, 2 °/o objemu chloridu titaničitého a 0,5 °/o objemu propan-butanu (50/50 objemově] po dobu 60 minut. Destičky ze slinutého karbidu titanu bez povlaku (označené TS/0) a destičky s karbonitridovým povlakem (označené TS/CN) byly porovnány s destičkami konvenčního složení na bázi WC druhu S 2 téhož tvaru řeznou zkouškou za následujících podmínek:8.6% Mo, 1.75% WC, 9.8% Ni, 0.25% Co are sintered under vacuum at 1415 ° C and, after sintering, grinded with a diamond wheel with cooling to a surface roughness of Ra0.4 μτη. Abrasion resistant titanium carbonitrides having a TiCl2, _7N0.03 and a thickness of 6 to 8 μπι are annealed on the plates shaped by grinding and perfectly degreased by annealing the plates at 1025 ° C in an atmosphere containing 1: 1, 2 ° / o hydrogen and nitrogen titanium tetrachloride and 0.5% propane-butane (50/50 v / v) for 60 minutes The uncoated sintered titanium carbide plates (labeled TS / 0) and the carbonitride coated plates (labeled TS / CN) were compared with conventional WC-type tiles of type S 2 of the same shape by cutting test under the following conditions:

řezné rychlosti: vi + 220, V2 = 25O, vs=280 metrů/min posuv: s = 0,25 mm/otáčku (jednotný) hloubka řezu: t —2 mm (jednotná) obrobek: ocel ČSN 12050.1 s třídou obrobitelnosti 14b.cutting speeds: vi + 220, V2 = 25O, vs = 280 meters / min feed: s = 0.25 mm / revolution (uniform) cutting depth: t —2 mm (uniform) workpiece: steel ČSN 12050.1 with machinability class 14b.

Trvanlivost břitu T_o<4 (min) do opotřebení hlavního břitu VB = 0,4 mm spolu s koeficienty poměrné trvanlivosti K_T, vztažené k trvanlivosti konvenčního slinutého karbidu na bázi WC jsou uvedeny v následující tabulce.Tool life T 0 _<4 (min) to main tool wear VB VB = 0.4 mm along with coefficients of relative life K _T , related to the life of conventional WC-based cemented carbide, are shown in the following table.

vin

Vzorek (m/min)Sample (m / min)

Claims

To, 4 (min) K _z

S2 280 (WC based) 250 without coating) 220 TS / 0 280 (based on TiC 250 without coating) 220 TS / CN 280 (based on TiC 250 with car- 220 titanium bonitride)

4.7 1 8.4 1 16.2 1 15.1 3.21 24.0 2.86 40.4 2.49 26.5 5.64 40.3 4.80 64.5 3.98

WE'RE GOING '

Method for improving the cutting properties of tool materials, in particular inserts of sintered interstitial titanium compounds according to the invention, characterized in that titanium carbide, molybdenum and nickel (TiC-Mo-Ni), titanium carbonitride, molybdenum and nickel [Ti (C, N) -Mo-Ni], titanium carbonitride, molybdenum carbonitride, and nickel [Ti (C, N) -Mo- (CN) -Ni] or these systems enhanced by the addition of metal carbide, nitride or carbonitride from the group consisting of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten, where nickel can be partially replaced by cobalt, a coating of titanium interstitial titanium compounds from the group comprising titanium carbide, titanium nitride or titanium carbonitride is applied.

2. A method of improving the cutting properties of the tooling materials of claim 1, wherein the substrate material coated with interstitial titanium compounds is coated with an alumina layer.