DD144930A1 - METHOD FOR PRODUCING HARDMETAL SHAPING BODIES WITH HIGH-WEAR-RESISTANT SURFACE LAYER - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hartmetallformkoerpern mit hochverschleissfester Oberflaechenschicht und verfestigter Oberflaechenzone als Werkzeugeinsatz fuer die spanende und spanlose Formung metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe und fuer die Anwendung als Verschleissteil. Aufgabe der Erfindung ist eine wesentliche Verringerung der Differenzen der Haerten zwischen Hartstoffauflage und Hartmetallgrundkoerper durch Verfestigung des Hartmetallgrundkoerpers im oberflaechennahen Bereich. Damit wird die Stuetzwirkung des Grundkoerpers fuer die Hartstoffauflage und damit der Verschleisswiderstand hartstoffbeschichteter Hartmetallformkoerper entscheidend verbessert. Die Loesung wurde erreicht, indem auf in an sich bekannter Weise beschichtete Grundkoerper Metallborid mit ueberstoechiometrischer Borkonzentration abgeschieden wird, wobei Bor in dem oberflaechennahen Bereich des Hartmetallgrundkoerpers diffundiert.The invention relates to a process for the production of hard metal moldings having a highly wear-resistant surface layer and solidified surface zone as a tool insert for the cutting and non-cutting shaping of metallic and non-metallic materials and for use as a wear part. The object of the invention is a substantial reduction of the differences between the hardness between the hard material support and hard metal base body by solidification of the hard metal base body near the surface. Thus, the supporting effect of the main body for the hard material support and thus the wear resistance of hard-coated hard metal moldings is decisively improved. The solution was achieved by depositing metal boride with an excess of stoichiometric boron concentration in a manner known per se, whereby boron diffuses in the vicinity of the surface of the cemented carbide body.
Description
-Αϊ-Αϊ
a) Titel der Erf ladunga) Title of the invention
Verfahren zur Herstellung von Hartmetall·!: ormkörpern r:it hochverschleißfester Oberflächenschicht und verfestigter Oberflächenzone in GrundkörperProcess for the production of carbide metal bodies with a highly wear-resistant surface layer and solidified surface zone in the base body
b) Anwendungsgebiet der Erfindungb) Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hartmetallformkörpern mit hochverschleißfester Oberflächenschicht und verfestigter Oberflächenzone als Werkzeugeinsatz· für die spanende und spanlose Formung metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe und für die Anwendung als Verschleißteil, The invention relates to a process for the production of hard metal moldings with a highly wear-resistant surface layer and solidified surface zone as a tool insert for the cutting and non-cutting shaping of metallic and non-metallic materials and for use as wearing parts.
c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungenc) Characteristic of the known technical solutions
Ss ist bekannt, den Verschleißwiderstand von Eartmetcllformkörpern, wie Wendeschneidplatten oder anderen V/erkzeugeinsätsen und Verschleißteilen aus Hartmetall» durch Q"berflächenbehandlungsverfah.ren zu erhöhen«It is known to increase the wear resistance of shaped articles, such as indexable inserts or other tool components and wear parts made of hard metal, by means of surface treatment methods.
.'Diese Verfahren beinhalten Oberflächenbeschichtungen aus reinen'IIartstoff en, wie Karbiden, Boriden, Nitriden ur-d Suiziden der IV. f V. und VI, Mebengruppe des Periodischen Systems, alpha-AIpO- und ähnlichen, aus Hartstoffmiöchkri« atallen, wie Carbonitrideri oder Mischkarbiden oder au? mehrlagigen Schichten und Gchichtkombinationen solcher Hartstoffe und HartstoffmischLcristalle. mit schroffen· oder kontinuicrlichün Übergängen untereinander und zum H&.rtmetallgrundkörpercThese processes include surface coatings of pure silicates, such as carbides, borides, nitrides, uracids of IV. F V. and VI, group of metals of the periodic system, alpha-AlPO, and the like, from hard aggregate minerals such as carbonitrides or mixed carbides or au? multilayer coatings and Gchichtkombinationen such hard materials and HartstoffmischLcristalle. with rugged or continuous transitions between each other and to the H & .rtmetallgrundkörperc
- 2 - 2
£ υ. d'Ji.t \:.i / -j ·' C' l! I. ',i'l ii £ υ. d'Ji't : i / -j · 'C' l! I. ', ii'II
Die Erzeugung dieser,Schichten erfolgt vorzugsweise durch chemische 'Dampfphasenabscheidung im Temperaturbereich zwischen 1150 und 150O0K unter Anwendung von Normal- oder Niederdruck«The production of these layers is preferably carried out by chemical vapor deposition in the temperature range between 1150 and 150O 0 K using normal or low pressure.
Zur Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen Hartstoffauf lage und Substrat (Hartmetallgrundkörper) werden Diffusionsbehandlungen im Anschluß an die Schichtabscheidung vorgeschlagene Zur Erzeugung besonders schlagfester Schichten v/erden die Abscheidungsbedingungen so gewählt, daß die Hartstoffauflage mit Hart st off en des Substrates unter iviischlcristallbildung reagiert. .In order to improve the adhesion between the hard material support and the substrate (hard metal base body), diffusion treatments are proposed following the layer deposition. To produce particularly impact-resistant layers, the deposition conditions are selected so that the hard material coating reacts with rigid substances of the substrate to form crystals. ,
Die Dicke der Eartstoffschichten liegt meist zwischen 5 und 30/Um, dünnere Schichten sind uneffektiv und stärkere neigen zum Abplatzen bei Beanspruchung«The thickness of the Eartstoffschichten is usually between 5 and 30 / um, thinner layers are ineffective and stronger tend to flake off under stress «
Ein wesentliches Merkmal der bekannten hartstoffbeschichteten H ar türAn essential feature of the known hard-coated door
stalle besteht in einer großen Differenz der Härtestalle consists of a large difference in hardness
zwischen Hartstoffauflage und dem Hartmetallgrundkörper· Diese Differenz beträgt meist mehr als 1000 HV 50 und hat zur Folge, daß im Beanspruchungsfalle nach dem Abtrag der relativ dünnen Hartstoffauflage der Verschleiß, nachdem er aufgrund der Wirkung der Schicht zunächst nur geringfügig zunimmt, progressiv wächst,,between hard coating and the hard metal base · This difference is usually more than 1000 HV 50 and has the consequence that in the case of stress after the removal of relatively thin hard material wear, after it increases only slightly due to the action of the layer progressively,
Dieser Effekt verstärkt sich noch bei hohen thermischen Belastungen, wie sie insbesondere für die spanende Form-, •gebung an der Werkzeugschneide typisch sind. Mit steigender Temperatur sinkt die Festigkeit des Substrathartinetalls, wodurch sich die Stützwirkung des Hartmetallgrundkörpers vermindert., Im gleichzeitig thermisch und mechanisch beanspruchten Bereich treten plastische Deformationen auf.This effect is intensified even at high thermal loads, which are typical in particular for the cutting shaping on the tool cutting edge. As the temperature increases, the strength of the substrate type of metal decreases, which reduces the supporting action of the hard metal base body. In the area subjected to thermal and mechanical stress simultaneously, plastic deformation occurs.
Da die in der Regel spröde Hartstoffauflage diesen Verformungen nicht folgen kann, reißt sie auf und platzt ab, d«, h. Abbau und Abtrag der Schicht werden beschleunigt.Since the usually brittle hard material coating can not follow these deformations, it ruptures and bursts, d "h. Degradation and removal of the layer are accelerated.
Die Warmfestigkeit des Hartmetallgrundkörpers wird in hohem Maße durch dessen Bindemetallgehalt bestimmt. Zur Erhöhung der Y/arnifestigkeit ist eine Senkung des Binde-The heat resistance of the carbide body is determined to a large extent by its binder metal content. In order to increase the Y / aridity, a reduction of the connective tissue
metailgelialtes ungeeignet5 weil von diesem die Bruchfestigkeit auch "beschichteter Hartmetallkörper abhängt«, Der Bindematallgebalt des. Hartmetalls kann entsprechend dem Anwendungsgebiet' zur Gewährleistung ausreichender Bruchfestigkeit nicht beliebig verringert werden. Da bei der Mehrzahl der bekannten Hartstoffbeschichtungen Zähigkeitsverluste eintreten, sind häufig bindemetallreichere Substrate notwendigemetailgelialtes unsuitable 5 Because of this the breaking strength also depends on "coated cemented carbide body." According to the field of application, the binder content of the cemented carbide can not be arbitrarily reduced to ensure sufficient breaking strength
In'der DE-OS 2 435 989 wird ein Verfahren beschrieben, nach dem durch Diffusionsbehandlung ein beschichteter Hartmetallkörper mit Bindemetallanteil in der Hartstoffoberflächenschicht entsteht. Der Bindemetallanteil soll die Bindung der Hartstoffschicht zum Hartmetallgrundkörper und die Duktilität der Schicht verbessern» Das Vorhandensein d.es relativ weichen Bindemetalls in der Hartstoffschicht verringert naturgemäß die Verschleißfestigkeit» In DE-OS 2 435 989 a process is described according to which a coated cemented carbide body with binder metal content is formed in the hard material surface layer by diffusion treatment. The binding metal content is intended to improve the bonding of the hard material layer to the hard metal base body and the ductility of the layer. The presence of the relatively soft binder metal in the hard material layer naturally reduces the wear resistance.
'lieben den Hartstoffbeschichtungen v/erden zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit Diffusionsbehandlungen vorgeschlagen, wobei die Hartmetallkörper in feste Packmittel, die aus Hartstoff en oder harnstoffbildenden, meist festen Substanzen bestehen, gegeben und nach bestimmten Temperatur/Zeit-Regimes in strömender reaktiver oder inerter Gasatmosphäre behandelt worden» Diese Diffusionsbehandlungen führen, wie in den DE-PS 104 416 und DD WP 48 642 beschrieben, zu Verfestigungen in der Oberflächenzone der Hartmetallkörper. Im Unterschied au den hartstoffbeschichteten Hartmetallen weisen derart behandelte ungleich geringere Verschleißfestigkeit auf,The hard-material coatings have been proposed to increase the wear resistance by diffusion treatments in which the cemented carbide bodies have been placed in solid packaging materials consisting of hard or urea-forming, mostly solid substances and treated according to specific temperature / time regimes in flowing reactive or inert gas atmospheres »These diffusion treatments lead, as described in DE-PS 104 416 and DD WP 48 642, to solidifications in the surface zone of the hard metal body. In contrast to the hard-coated hard metals, such treated have much lower wear resistance,
d) Ziel der Erfindungd) Object of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht in einer Erhöhung der Verschleißfestigkeit bzw. des Verschleißwidörstancles hartstoffbeschichteter Hartmetaiiiormkörper ohne Beeinträchtigung der Bruchfestigkeit.The object of the invention is to increase the wear resistance or wear resistance of hard-coated hardmetal bodies without adversely affecting the breaking strength.
e) Darlegung des Wesens der Erfindunge) Presentation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine wesentliche Verringerung der Differenz der Härten zwischen Hartstoffauflage und Hartmetallgrundkörper durch Verfestigung des Hartmetallgrundkörpers im oberf lächennahen Bereich, dessen Stützwirkung, für die Hartstoffauflage und damit den Verschleißwiderstand hart st off beschichteter Hartiaet al !formkörper, insbesondere bei hohen, gleichzeitig wirkenden thermischen und mechanischen Belastungen entscheidend zu verbessern«The invention is based on the object, by a substantial reduction in the hardness difference between the hard material and hard metal base by solidification of the hard metal body in oberf near the field, the support effect, hard coating for the Hartstoffauflage and thus the wear resistance Hartiaet al! Molded body, especially at high to significantly improve simultaneous thermal and mechanical loads «
Es wurde gefunden, daß die Lösung dieser Aufgabe erreicht werden kann, wenn in an sich bekannter Weise auf hartstoffbeschichtete Hartmetallgrundkörper eine Metallboridschicht abgeschieden v/ira, wobei in der Gasphase eine für die Boridabscheidung überstöchiometrische Borkonzentration angewandt wird. Dabei diffundiert während der Metaliboridabscheidung Bor in d!en Hartmetallgrundkörper, indem es mit einem oder mehreren! Bestandteilen des Hartmetallgrundkörpers zu Boriden reagiert, wodurch vorzugsweise durch Beteiligung der Bindemetaliphase an der Boridbildung eine Verfestigung der Oberflächenzone des Hartmetallgrundkörpers von außen nach innen entsteht in der Art, daß die Härte in der borhaltigen Diffusionszone von außen nach innen abnimmt. Je nach Substrat oder nach herkömmlichen Verfahren aufgebrachte Schichten kann eine borhaltige oder borfreie Zwischenschicht entstehen. Die in beschriebener Weise erhaltene Bordiffusionszone kann durch., eine thermische Nachbehandlung bei gleichzeitiger. Abflachung des Bor-Konzentrationsgefälles verbreitert werden»It has been found that the solution to this problem can be achieved if, in a manner known per se, a metal boride layer is deposited on hard-material-coated hard metal base bodies, wherein a boron concentration which is more than stoichiometric in boron deposition is used in the gas phase. During the metal-boride deposition, boron diffuses in d ! carbide body by adding one or more! Components of the hard metal base body to borides reacts, whereby preferably by involvement of Bindemetaliphase at Boridbildung a solidification of the surface zone of the hard metal base body from outside to inside arises in the way that the hardness decreases in the boron-containing diffusion zone from outside to inside. Depending on the substrate or layers applied by conventional methods, a boron-containing or boron-free intermediate layer may be formed. The boron diffusion zone obtained in the manner described can by., A thermal treatment at the same time. Flattening of the boron concentration gradient can be broadened »
Die Erfindung soll an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert werden,The invention will be explained in more detail in the following exemplary embodiments,
Beispiel I11. ..." · Example I 1 1. ... "·
Wendeschneidplatten aus einem üblichen K 10-Hartmetall wurden in einem Reaktor bei einer Temperatur von 1350 E 20 Minuten, mit einem TiCl;,-CrH,-~Argon~Wasserstoffgemisch ausgesetzt ο Anschließend wurde 2 Minuten der Benzolstrom durchIndexable inserts of a conventional K 10 hard metal were in a reactor at a temperature of 1350 E 20 minutes, with a TiCl; - - C r H, - ~ argon ~ hydrogen mixture exposed ο followed by 2 minutes of the benzene stream through
einen BOL··,--Strom ersetzte Anschließend wurde.der Reaktor j a BOL ·, - Electricity replaced then wurde.der reactor j
mit Argon gospült und abgekühlt.rinsed with argon and cooled.
Die Hartmetallwendeschneldplatten weisen eine geschlossene Doppelschicht, bestehend aus einer 8/Um starken borfreien TiG-Schicht und einer 2,um starken TiBo~Schicht, sowie eine ca. 2/UJii starke borierte Einfluß ζ one des Substrates auf.The Hartmetallwendeschneldplatten have a closed double layer consisting of a 8 / To prevent high boron-free TiG-layer and a 2 to strong TiB o ~ layer, and an approximately 2 / UJii borated strong influence ζ on one of the substrate.
Diese Wendeschneidplatten wurden mit einer in üblicher Weise titankarbidbeschichteter Wendeschneidplatte im Drehtest verglichen«These indexable inserts were compared to a conventional titanium carbide-coated indexable insert in a rotary test «
AG/Werkstück: Längsdrehen von Wellen (glatter Schnitt)AG / workpiece: longitudinal turning of shafts (smooth cut)
Werkstoffmaterial
Schnittgeschwindig keitCutting speed
Vorschub SpantiefφFeed Spantiefφ
GGL 22GGL 22
ν = 150 mmin s = 0,5 mrnlT a = 2 mmν = 150 mmin s = 0.5 mrnlT a = 2 mm
HB = 1800 H mm 1HB = 1800 H mm 1
Verschlcißkriterien: Freiflächenverschleiß B = 0,5 mm Ergebnisse als Standzeit in Minuten % Closing Criteria: Flank wear B = 0.5 mm Results as life in minutes %
Konventionell.TiC-beschichtete HM-WSP = 30 min. ürfindungsgemäß beschichtete HLI-WSP = 56 min0 Conventional.TiC-coated HM-WSP = 30 min. According to the invention coated HLI-WSP = 56 min 0
Bgispiel 2^Example 2 ^
Y/endeschneidplattsn aus einem üblichen K 2ü~-Hart:;ietall wurden wie Bsp, 1 beschichtet. Kach erfolgter Beschichtung wurde die 0?ö2rpsratur 60 min. bei 1350 K gehaltene Die nach dieser Behandlung vorliegende Wendeschneidplatte v/ies eine geschlossene Doppelschicht auf o Sie besteht' aus einer ca« 8 ,-um starken borfreien TiC-Schicht und einer 1 /lim starken TiBp-Deckschicht. Unter der TiO-Schicht ist eine ca. 10/Um starke borierte Zone.Y / end-cutting plates were made from a standard K 2 ~-hard: ietall were coated as Example 1. Kach coating was the 0? Ö2rpsratur 60 min. held at 1350 K The present after this treatment indexable insert v / ies a closed bilayer composed in o 'of a ca «8, -um strong boron-free TiC-layer and a 1 / lim strong TiBP overcoat. Below the TiO layer is an approximately 10 / um strong borated zone.
Diese Wendeplätzen wurden in einem Drehtest mit Wendeplatten mit konventioneller TiC-Beschichtung verglichen·These turning points were compared in a rotary test with inserts with conventional TiC coating.
— 6 —- 6 -
AG/Werkstück{ Plandrehen von 4 Stechbolzen' . .: AG / workpiece {Facing 4 piercing pins'. , :
(unterbrochener Schnitt)(interrupted cut)
Werkstoff i GGL 22 HB = 1800 lirnm"'2 Material i GGL 22 HB = 1800 lm "" 2
Schnittge-Cutting
schwindig- ^speedy
keit s v=" 150 nmiins v = "150 nmiin
Vorschub : s = O5^ miaU"" Spantiefe t a = 1 mmFeed: s = O 5 ^ miaU "" Cutting depth t a = 1 mm
Verschleißkriterium: Preiflächenverschleiß B= 0,4 mm Ergebnisse als Standzeit in Minuten:Wear criterion: Pre-surface wear B = 0.4 mm Results as service life in minutes:
Wender>latTurner> lat
WendeplatWendeplat
:e konventionell beschichtet = 46 min. e erf indungsgeiüäß beschichtet = 117 min.: e conventionally coated = 46 min. e erf indungsgeiäß coated = 117 min.
Die in derj Ausführungsbeispielen beschriebenen Hartstoffschichten wurden röntgenografisch, metallografisch am Schräg- und Querschliff und mit der Elektronenstralil-Iüikrosonde zur Klärung der Phasenverteilung, der Schichtdicke und des Schichtaufbaues analysierteThe hard material layers described in derj embodiments were analyzed by X-ray, metallographic oblique and cross-section and with the Elektronenstralil-Iüikrosonde to clarify the phase distribution, the layer thickness and the layer structure
Claims (3)
!Process according to item 1, characterized in that the boron concentration which is over-stoichiometric for the formation of boride is in the gas phase and 0.05-5 mol per mole of metal-boride to be stoichiometrically cut off is preferably 0.1-0.5 mol.
!
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