DE10017909A1 - Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeugelement - Google Patents
Beschichtetes Sinterkarbid-SchneidwerkzeugelementInfo
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Abstract
Beschichtetes Sinterkarbidschneidelement für ein Schneidwerkzeug mit einem Substrat und einer harten Beschichtung auf dem Substrat, DOLLAR A wobei die harte Beschichtung wenigstens eine Schicht aufweist, welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus Titankarbid, Titannitrid, Titankarbonitrid, Titankarboxid, Titankarbonitroxid, Aluminiumoxid und einem Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundmaterial besteht, bei welchem die Zirkonoxidphasen um die geschliffenen Aluminiumoxidphasen herum dispergiert werden, DOLLAR A und DOLLAR A wobei die harte Beschichtung mit einer Außenschicht versehen ist, welche Titanoxid aufweist, das durch die Summenformel TiO w ausgedrückt ist, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 1,20 bis 1,90 reicht.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeugelement
(welches hiernach als "beschichtetes Karbidelement" bezeichnet wird), welches über eine lange
Zeitdauer während Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen nicht nur an gewöhnlichem Stahl
und Gußeisen, sondern auch an schwierig zu verarbeitenden Materialien, wie Edelstahl, aufgrund
seiner exzellenten Oberflächenschmierfähigkeit gegen Arbeitssplitter dem Abbrechen und
Absplittern seiner Schneide standhält.
Beschichtete Karbidelemente bestehen vorzugsweise aus einem Sinterkarbidsubstrat auf
Wolfamkarbidbasis und einer harten Beschichtung, welche vorzugsweise eine
Titanverbundschicht mit wenigstens einer Schicht aus Titankarbid (hiernach als "TiC"
bezeichnet), Titannitrid (TiN), Titankarbonitrid (TiCN), Titankarboxid (TiCO) und
Titankarbonitroxid (TiCNO) und eine Aluminiumoxidschicht (Al2O3) und/oder Aluminiumoxid-
Zirkonoxid-Verbundschicht (Al2O3-ZrO2-Verbund) aufweist, wobei Schichtzirkonoxidphasen in
der Al2O3-Phase dispergiert werden, wie in den ungeprüften japanischen Patentanmeldungen Nr.
57-39168 und Nr. 61-201778 dargelegt. Die harte Beschichtung wird vorzugsweise mittels
chemischer Bedampfung und/oder physikalischer Bedampfung gebildet und weist eine
Durchschnittsdicke von 3 bis 30 µm auf. Ein beschichtetes Karbidelement mit einer harten
Beschichtung, bei welchem die erste Schicht aus TiN, die zweite Schichte aus TiCN, die dritte
Schicht aus TiCNO, die vierte Schicht aus Al2O3 und die fünfte Schicht aus TiN besteht, ist in
der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 7-328810 dargelegt. Diese beschichteten
Karbidelemente werden vielfach in verschiedenen Bereichen von Schneidevorgängen,
beispielsweise beim kontinuierlichen und diskontinuierlichen Schneiden von Metallwerkstücken,
wie Stahl und Gußeisen, eingesetzt.
Es ist gut bekannt, daß Titanverbundschichten eine körnige Kristallmorphologie aufweisen und
für viele Anwendungen eingesetzt werden. TiC-Schichten werden als stark abschleiffeste
Materialien für viele Anwendungen benutzt. TiN-Schichten werden in verschiedenen Bereichen
aufgrund des schönen, goldartigen, äußeren Erscheinungsbildes von TiN-Schichten als
dekorative Oberflächenbeschichtung eingesetzt. Es ist bekannt, daß die äußerste(n) Schicht(en)
der harten Beschichtung vieler Arten von beschichteten Karbidelementen aufgrund seines
schönen Aussehens aus TiN bestehen. In der Tat ermöglicht dieses kennzeichnende Aussehen
dem Maschinenbediener neue Schneiden von den Schneiden, die abgenutzt sind, zu
unterscheiden. Eine TiCN-Schicht, welche eine längliche Kristallmorphologie aufweist, die
durch chemische Bedampfung in einem mittleren Temperaturbereich, wie 700-950°C, unter
Verwendung eines Reaktionsgasgemisches, welches organische Cyanidverbindungen, wie
Acetonitril (CH3CN), beinhaltet hergestellt wird, ist als eine stark verschleißfeste Beschichtung
bekannt. Diese Schicht wurde in den ungeprüften japanischen Patentanmeldungen Nr. 6-8010
und Nr. 7-328808 dargelegt.
Al2O3-Schichten weisen mehrere verschiedene Kristallpolymorphe auf, unter denen alpha-Al2O3
als das thermodynamisch stabilste Polymorph bekannt ist, welches eine Korundstruktur aufweist.
Typische Polymorphe der Al2O3-Schicht, die unter üblichen CVD-Bedingungen hergestellt wird,
sind stabile alpha-Al2O3, meta-stabile kappa-Al2O3 und amorphe Al2O3. An diesen Al2O3-
Schichten werde zahlreiche kristallographische Untersuchungen unter Verwendung eines
Röntgendiffraktionssystems durchgeführt, welches Cu K α-Strahlung mit einer Wellenlänge von
ungefähr 1,5 Å aussendet. Bezüglich der alpha-Al2O3-Schicht können verschiedene Arten von
alpha-Al2O3-Schichten abhängig von den eingesetzten Herstellungsbedingungen gebildet
werden. Diese einzelnen alpha-Al2O3-Schichten weisen unterschiedliche Röntgendiagramme
auf. Sie haben maximale Peakstärken an unterschiedlichen Positionen, und zwar an 2θ = 25,6
Grad (seine bevorzugte Wachstumsausrichtung ist in 012-Richtung), 35,1 Grad (104-Richtung),
37,8 Grad (110-Richtung), 43,4 Grad (113-Richtung), 52,6 Grad (024-Richtung), 57,5 Grad
(116-Richtung), 66,5 Grad (124-Richtung) und 68,2 Grad (030-Richtung). Auch bei kappa-
Al2O3-Schichten können unterschiedliche Arten von kappa-Al2O3-Schichten abhängig von den
eingesetzten Herstellungsbedingung gebildet werden. Sie haben maximale Peakstärken an
unterschiedlichen Positionen, und zwar an 2θ = 19,7 Grad, 29,4 Grad, 32,1 Grad, 34,9 Grad, 37,3
Grad, 43,9 Grad, 52,6 Grad, 56,0 Grad, 62,3 Grad und 65,2 Grad.
In den vergangenen Jahren ist die Nachfrage nach arbeitssparenden, weniger Zeit
verbrauchenden Schneidvorgängen gestiegen. Dementsprechend gibt es eine Tendenz,
Schneidwerkzeuge zu benötigen, welche allgemein bei verschiedenen Schneidvorgängen von
verschiedenen Arbeitsmaterialien eingesetzt werden können. Ferner haben sich die Bedingungen
dieser Schneidvorgänge zu Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen gewandelt. Obwohl es nur
wenige Probleme bei beschichteten Karbidelementen gibt, wenn sie für das kontinuierliche oder
diskontinuierliche Schneiden von legiertem Stahl oder Gußeisen unter üblichen
Schneidebedingungen eingesetzt werden, gibt es starke Probleme, wenn sie bei extrem viskosen
Arbeitsmaterialien, wie Edelstahl oder Weicheisen, eingesetzt werden. Da die Splitter dieser
Materialien, welche bei den Schneidvorgang erzeugt werden, eine hohe Affinität zu
konventionellen Al2O3-Schichten und Ti-Verbundschichten mit einer harten Beschichtung
aufweisen, bleiben die Arbeitssplitter an der Fläche der Schneide haften. Diese Phänomene
werden deutlicher bei erhöhte Schneidegeschwindigkeiten und führen zum Abbrechen oder
Absplittern des Körpers an seiner Schneide mit der Folge, daß die Lebensdauer des Werkzeugs
kurzer wird. Daher besteht noch immer der Bedarf nach beschichteten Karbidelementen, die
einem Absplittern während Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen über längere Zeiträume
hinweg standhalten.
Dementsprechend besteht ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, ein beschichtetes
Karbidelement zu liefen, welches über eine lange Zeitdauer während Hochgeschwindigkeits
schneidvorgängen nicht nur an gewöhnlichem Stahl und Gußeisen, sondern auch an schwierig zu
verarbeitenden Materialien, wie Edelstahl und weichen unlegiertem Stahl dem Abbrechen oder
Absplittern seiner Schneide standhält.
Kurz gesagt, können dieser Gegenstand und weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung,
wie sie hiernach schneller klar werden, von einem beschichteten Sinterkarbidschneidelement für
ein Schneidwerkzeug mit einem Substrat und einer harten Beschichtung auf diesem Substrat
erreicht werden,
wobei die harte Beschichtung wenigstes eine Schicht aufweist, welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus Titankarbid, Titannitrid, Titankarbonitrid, Titankarboxid, Titankarbonitroxid, Aluminiumoxid und einem Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundmaterial besteht, bei welchem die Zirkonoxidphasen um die geschliffenen Aluminiumoxidphasen herum dispergiert werden, und
wobei die harte Beschichtung mit einer Außenschicht versehen ist, welche Titanoxid aufweist, das durch die Summenformel TiOw ausgedrückt ist, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 1,20 bis 1,90 reicht. Die äußerste Schicht weist ein attraktives äußeres Erscheinungsbild auf und zeigt auch eine exzellente Oberflächenschmierfähigkeit gegen Arbeitssplitt. Dieses beschichtete Karbidelement weist eine gute Verschleißfestigkeit und eine lange Werkzeuglebensdauer auf, selbst wenn er ihr Hochgeschwindigkeitsschneidvorgänge von viskosen Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl, eingesetzt wird.
wobei die harte Beschichtung wenigstes eine Schicht aufweist, welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus Titankarbid, Titannitrid, Titankarbonitrid, Titankarboxid, Titankarbonitroxid, Aluminiumoxid und einem Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundmaterial besteht, bei welchem die Zirkonoxidphasen um die geschliffenen Aluminiumoxidphasen herum dispergiert werden, und
wobei die harte Beschichtung mit einer Außenschicht versehen ist, welche Titanoxid aufweist, das durch die Summenformel TiOw ausgedrückt ist, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 1,20 bis 1,90 reicht. Die äußerste Schicht weist ein attraktives äußeres Erscheinungsbild auf und zeigt auch eine exzellente Oberflächenschmierfähigkeit gegen Arbeitssplitt. Dieses beschichtete Karbidelement weist eine gute Verschleißfestigkeit und eine lange Werkzeuglebensdauer auf, selbst wenn er ihr Hochgeschwindigkeitsschneidvorgänge von viskosen Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl, eingesetzt wird.
Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung und vieler der mit ihr einhergehenden Vorteile
wird leicht gewonnen, wenn dieselben besser unter Bezugnahme auf die nachfolgende
detaillierte Beschreibung verstanden werden, welche in Verbindung mit den anliegenden
Zeichnungen zu sehen ist, bei welchen:
Abb. 1 eine Umrißskizze eines beschichteten Sinterkarbideinsatzes (a) und eine
Querschnittsansicht des Einsatzes (b) ist;
Abb. 2 eine Umrißskizze eines beschichteten Sinterkarbidschaftfräsers (a) und eine
Querschnittsansicht des Schaftfräsers (b) ist;
Abb. 3 eine Umrißskizze des beschichteten Sinterkarbidbohrers (a) und eine
Querschnittsansicht des Bohrers (b) ist.
Die vorliegende Erfindung liefert eine harte Beschichtung, welche auf das Schneidelement eines
Schneidwerkzeugs aufgebracht wird. Der Ausdruck "Schneidelement" bezieht sich auf den Teil
des Schneidwerkzeugs, welcher das Werkstück tatsächlich schneidet. Schneidelemente
beinhalten austauschbare Schneideinsätze, welche an den Schneidhaltern von Drehmeißeln,
Stirnfräserkörpern und Schaftfräserkörpern befestigt werden. Schneidelemente umfasse auch
Schneiden von Bohrern und Schaftfräsern. Das Schneidelement ist vorzugsweise aus
Sinterkarbidsubstraten auf Wolframkarbidbasis hergestellt.
Die harte Beschichtung überzieht vorzugsweise einen Bereich der Oberfläche, und bevorzugter
die gesamte Oberfläche des Schneidelementes. Die harte Beschichtung besteht vorzugsweise aus
einer Titanverbundschicht, welche aus wenigstens einer Schicht, die aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus TiC, TiN, TiCN, TiCO und TiCNO besteht, einer Al2O3-Schicht und/oder einer
Al2O3-ZrO2-Verbundschicht und einer Außenschicht besteht, welche vorzugsweise Titanoxid
aufweist, welches eine Zusammensetzung mit der Formel TiOw hat, wobei w das Atomverhältnis
von Sauerstoff zu Titan ausdrückt, das von 1,25 bis 1,90 reicht. Eine TiN-Schicht, welche ein
schönes Aussehen hat, kann auch als Beschichtung und äußerste Schicht auf der Außenschicht
verwendet werden, wobei die äußerste TiN-Schicht tatsächlich in eine Titannitroxidschicht
umgewandelt wird, die eine Zusammensetzung mit der Formel TiN1-y(O)y aufweist, wobei (O)
den von unterhalb der Titanoxidschicht abgegebenen Sauerstoff ausdrückt und von 0,01 bis 0,40
reicht. Die Außenschicht oder die äußerste Schicht zeigt eine bessere Eigenschaft bezüglich der
Oberflächenschmierfähigkeit gegen Arbeitssplitt, was bedeutet, daß es kaum vorkommt, daß
Arbeitssplitter an den Schneiden haften bleiben, selbst wenn das beschichtete Karbidelement für
Schneidvorgänge von extrem viskose Arbeitsmaterialien, wie Edelstahl und weichem
unlegiertem Stahl, eingesetzt wird.
Die bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung wurden entdeckt, nachdem viele
verschiedene Arten von harte Beschichtungen auf Sinterkarbid-Schneidelementen auf den
Aspekt hin getestet worden waren, ein neues beschichtetes Karbidelement mit langer
Lebensdauer zu entwickeln, an welchem Arbeistsplitter kaum anhaften, selbst wenn das
Schneidelement für Hochgeschwindigkeitsschneidvorgänge viskoser Materialien eingesetzt wird.
Aus diesen Versuchen ergaben sich die folgenden Ergebnisse (A) bis (F):
- A) Gemäß dem US-Patent 4,442,169 kann eine Titanoxidschicht (TiO2) mittels chemischer Bedampfung aus einem Reaktionsgemisch von TiCl4, CO2 und H2 hergestellt werden. Ferner kann gemäß der europäischen Patentanmeldung 0878,563 eine auf Titanoxid basierende Schicht mit Ti2O3 mit einer Korundphase und TiCNO mit einer kubischen Phase mittels chemischer Bedampfung unter Verwendung eines Reaktionsgemisches aus TiCl4, CO2, N2 und H2 hergestellt werden. Aber bezüglich ihrer Verwendung als Oberflächenschicht eines beschichteten Karbidelementes ist die Oberflächenglätte dieser konventionellen Titanoxidschichten nicht ausreichend, wobei sich manchmal noch Kanten, welche zu kürzeren Werkzeuglebensdauern fuhren als erwartet, an der Schneide aufgrund des Anhaftens von Arbeitssplittern daran aufbauen.
- B) Eine Titanoxidschicht, die eine sehr glatte Oberfläche aufweist und durch die Summenformel TiOw ausgedrückt werden kann, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 1,25 bis 1,90 reicht, kann mittels chemischer Bedampfung unter Verwendung eines Reaktionsgasgemisches hergestellt werden, welches eine ziemlich große Menge an Inertgas enthält und vorzugsweise 0,2 bis 10 Volumenprozent (hiernach nur Prozent) TiCl4, 0,1 bis 10 Prozent Kohlendioxid (CO2), 5 bis 60 Prozent Argon (Ar), wobei der Rest der Bilanz aus Wasserstoff (H2) besteht, bei einer Temperatur von 800 bis 1100°C und einem Druck von 30 bis 500 Torr aufweist. Das Atomverhältnis w kann durch Messung unter Verwendung der Auger-Elektronenspektroskopie (hiernach als "AES" bezeichnet) ermittelt werden, wobei der Mittelpunkt der Schicht der glatten Querschnittsfläche der harten Beschichtung mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird.
- C) Wenn die Titanoxidschicht als eine Außenschicht auf das konventionelle beschichtete Karbidelement aufgebracht wird, weist das gebildete Werkzeug ziemlich lange Werkzeuglebensdauern auf, ohne irgendwelches Anhaften von Arbeitssplittern und Abbrechen und Absplittern an der Schneide, selbst wenn es bei Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen von schwierig zu verarbeitenden Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl, eingesetzt wird, da die äußere Titanoxidschicht eine extrem niedrige Affinität zu diesen Arbeitsmaterialien und eine erhöhte Oberflächenebenheit und Schmierfähigkeit der Schicht aufweist.
- D) Während des Aufbringens der TiN-Schicht als äußerste Schicht auf das beschichtete, eine Außenschicht aus Titanoxid aufweisende Karbidelement mittels chemischer Bedampfung unter Verwendung eines konventionellen Reaktionsgasgemisches für TiN, welches vorzugsweise 0,2 bis 10 Prozent TiCl4, 4 bis 60 Prozent Stickstoff (N2) und einen Rest aus Wasserstoff H2 enthält, bei einer Temperatur von 800 bis 1100°C und einem Druck von 30 bis 650 Torr verteilt sich etwas von dem Sauerstoff unterhalb der Titanoxidschicht in die wachsende äußerste TiN-Schicht. Folglich wird eine Titannitroxidschicht gebildet, welche diffundierten Sauerstoff enthält. Nach dem Aufbringen der äußersten Titannitroxidschicht fallt der w-Wert der Außenschicht, TiOw, von 1,25-1,90 auf 1,20-1,70. Dabei ändert sich das Atomverhältnis des diffundierten Sauerstoffs zu Titan der äußersten Titannitroxidschicht derart, daß es von 0,01 bis 0,40 reicht. Diese Schicht wird als Summenformel TiN1-y(O)y ausgedrückt, wobei (O) den von unterhalb der Titanoxidschicht diffundierten Sauerstoff ausdrückt und y das Atomverhältnis des diffundierten Sauerstoffs zu Titan ausdrückt. In dies Fall weist das gebildete Werkzeug auch ziemlich lange Werkzeuglebensdauern mit ohne irgendwelches Anhaften von Arbeitssplitten und Abbrechen und Absplittern an der Schneide, selbst wenn es bei Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen von schwierig zu verarbeitenden Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl, eingesetzt wird, da die äußerste Titannitroxidschicht eine extrem niedrige Affinität zu diesen Arbeitsmaterialien und die erhöhte Oberflächenschmierfähigkeit aufweist. Ferner weist die äußerste Titannitroxidschicht, welche diffundierten Sauerstoff umfaßt, eine visuell sehr ansprechende, äußere, goldene Farbe wie eine konventionelle TiN-Schicht auf. Dies macht es auch leichter für den Maschinenbediener, die neuen Schneide von bereits abgenutzten Scheiden zu identifizieren.
- E) Anstelle des Aufbringens der äußersten TiN-Schicht auf die Titanoxidschicht führt die Beschichtung mit einer TiC- oder TiCN-Schicht zu denselben Wirkungen einschließlich der hohen Oberflächenschmierfähigkeit.
- F) In dem Fall, daß die äußere Titanoxidschicht auf die Oberfläche von entweder der Al2O3- Schicht oder der Al2O3-ZrO2-Verbundschicht aufgebracht wird, kann ein Anhaften zwischen den Flächen der Titanoxidschicht und der Al2O3-Schicht oder der Al2O3-ZrO2- Verbundschicht weiter verstärkt werden, indem dieses beschichtete Karbidelement in eine Gasumgebung mit 0,05 bis 10 Prozent TiCl4, wobei der Rest aus einem Inertgas wie Ar besteht, bei einer Temperatur von 800 bis 1100°C und einem Druck von 30 bis 650 Torr über eine vorgeschriebene Dauer, beispielsweise 5 Minuten bis 5 Stunden, gehalten wird. Diese Behandlung führt zu einen Diffusionsbereich um die Grenzfläche der Titanoxidschicht mit der Al2O3-Schicht oder der Al2O3-ZrO2-Verbundschicht. Die Dicke dieses Bereiches reicht von 0,05 bis 2 µm. Diese Behandlung ist besonders wirksam, wenn der w-Wert ziemlich niedrig ist, beispielsweise innerhalb der Grenzen von 1,25 bis 1,40, oder wenn die Dicke der äußeren Titanoxidschicht ziemlich dünn ist, beispielsweise innerhalb der Grenzen von 0,1 bis 1 µm.
Basierend auf diesen Ergebnissen, liefert die vorliegende Erfindung ein beschichtetes
Karbidelement, das über eine lange Zeitdauer während Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen
nicht nur an gewöhnlichem Stahl und Gußeisen, sondern auch an schwierig zu verarbeitenden
Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl aufgrund seiner exzellenten
Oberflächenschmierfähigkeit gegen Arbeitssplitter und seiner Oberflächenglätte eine höhere
Festigkeit gegen das Abbrechen oder Arbeitssplitter seiner Schneide aufweist, indem ein
beschichtetes Karbidelement bereitgestellt wird, welches vorzugsweise aus einem
Sinterkarbidsubstrat und einer auf dem Substrat gebildeten, harten Beschichtung mit
vorzugsweise einer Durchschnittsdicke von 3 bis 30 µm besteht, welche aus wenigstens einer
Schicht, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus TiC, TiN, TiCN, TiCO und TiCNO besteht,
und der Al2O3-Schicht und/oder der Al2O3-ZrO2-Verbundschicht gebildet ist, wobei die harte
Beschichtung ferner eine äußere Titanoxidschicht mit einer Durchschnittsdicke von 0,1 bis 3 µm
aufweist, welche als TiOw ausgedrückt werden kann, wobei w für das Atomverhältnis von
Sauerstoff zu Titan steht, welches durch AES-Bestimmung auf 1,25 bis 1,90 ermittelt ist.
Die vorliegende Erfindung liefert auch ein beschichtetes Karbidelement, das über eine lange
Zeitdauer während Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen an schwierig zu verarbeitenden
Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl eine höhere Festigkeit gegen das
Abbreche oder Absplittern seiner Schneide aufweist, indem ein beschichtetes Karbidelement
bereitgestellt wird, welches ferner eine äußerste Titannitroxidschicht mit einer
Durchschnittsdicke von 0,05 bis 2 µm aufweist, welche als TiN1-y(O)y ausgedrückt werden kann,
wobei (O) diffundierter Sauerstoff ist und y das Atomverhältnis des diffundierten Sauerstoffs zu
Titan ausdrückt, welches durch AES-Bestimmung von 0,01 bis 0,40 auf der äußeren
Titanoxidschicht reichen kann.
In der vorliegenden Erfindung liegt die Durchschnittsdicke der harten Beschichtung
vorzugsweise zwischen 3 und 30 µm. Eine exzellente Verschleißfestigkeit kann bei einer Dicke
von weniger als 3 µm nicht erreicht werden, wohingegen bei einer Dicke von mehr als 30 µm ein
Abbrechen und Absplittern an der Schneide des Schneidelementes leicht auftritt.
Die Durchschnittsdicke der Außenschicht liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 3 µm. Bei einer
Dicke von weniger als 0,1 µm können keine zufriedenstellende Oberflächenschmierfähigkeit und
ausreichende Sauerstoffversorgung der äußersten Schicht erreicht werden, wohingegen diese
Eigenschaften bei 3 µm immer noch ausreichend gegeben sind.
Die Durchschnittsdicke der äußersten Schicht liegt vorzugsweise zwischen 0,05 und 2 µm. Bei
einer Dicke von weniger als 0,05 µm können kein zufriedenstellendes Oberflächenaussehen und
keine gute Oberflächenschmierfähigkeit sichergestellt werden, wohingegen das äußere
Erscheinungsbild und die Oberflächenschmierfähigkeit bei 2 µm ausreichend sind.
Bezüglich der äußersten Titannitroxidschicht liegt das Atomverhältnis des diffundierten
Sauerstoffs zu Titan, welches der y-Wert ausdrückt, vorzugsweise bei 0,01 bis 0,40. Wenn y
weniger als 0,01 beträgt, kann keine zufriedenstellende Oberflächenschmierfähigkeit erreicht
werden, wohingegen sich leicht einige Poren unterhalb der Titanoxidschicht bilden und folglich
die Bildung einer haltbaren Schicht nicht möglich ist, wenn y mehr als 0,40 beträgt. Die äußerste
Schicht kann gebildet werden, wenn eine TiN-Schicht auf die äußere Titanoxidschicht
aufgebracht wird, deren Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan, welches der w-Wert ausdrückt,
von 1,25 bis 1,90 reicht. Bei dem Bildungsmechanismus der Titannitroxidschicht ist
offensichtlich, daß die Diffusion des Sauerstoffs von unterhalb der Titanoxidschicht unerläßlich
ist. In dem Fall, wo der Wert von w kleiner als 1,25 ist, wird es schwierig, eine äußerste
Titannitroxidschicht zu erhalten, welche eine ausreichende Menge an diffundiertem Sauerstoff
aufweist. Wenn jedoch auf der anderen Seite der Wert w mehr als 1,90 beträgt, diffundiert zu
viel Sauerstoff in die äußerste Schicht, wenn der y-Wert mehr als 0,40 beträgt. So ist der Wert
von w auf den Bereich zwischen 1,25 und 1,90 begrenzt.
Nachdem die Erfindung allgemein beschrieben wurde, kann jetzt ein weiteres Verständnis unter
Bezugnahme auf bestimmte spezifische Beispiele erreicht werden, welche hier nur zu
Illustrationszwecken vorgesehen und nicht als eine Begrenzung gedacht sind, außer es ist anders
angegeben.
Die folgenden pulverisierten Materialien, deren Durchschnittskorngröße in dem Bereich von 0,5
bis 4 µm lag, wurde als Rohmaterialien für Substrate vorbereitet: ein WC-Pulver, ein TiC/WC-
Pulver (TiC/WC = 30/70 Gew.-%), ein (Ti,W)CN-Pulver (TiC/TiN/WC = 24/20/56), ein
TaC/NbC-Pulver (TaC/NbC = 90/10), ein Cr3C2-Pulver und ein Co-Pulver. Diese Pulver wurden
basierend auf der in Tabelle 1 gezeigten Formel vermischt, in einer Kugelmühle über 72 Stunden
naß gemahlen und getrocknet. Mehrere trockene Pulvergemische wurden auf diese Weise
hergestellt und dann wurde jedes bei einem Druck von 1 Tonne/cm2 zu Grünlingen gepreßt,
welche unter den folgenden Bedingungen gesintert wurden: Druck: 0,01 bis 0,05 Torr,
Temperatur: 1300 bis 1500°C, Haltezeit: 1 Stunde, um Sinterkarbideinsatzsubstrate A bis F, wie
in der ISO-CNMG 120408 definiert, herzustellen, deren Form in Abb. 1 gezeigt ist.
Die Schneiden der Sinterkarbideinsatzsubstrate A bis F wurden gehont. Jedes Substrat wurde
einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den
Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtungen auf dem
Substrat zu bilden. 1-TiCN in Talelle 2 stellt die TiCN-Schicht dar, die eine in die Länge
gewachsene Kristallmorphologie aufwies, wie in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung
Nr. 6-8010 beschrieben. Sollbeugungswinkel für sowohl alpha-Al2O3 und kappa-Al2O3 in
Tabelle 2 stehen für den Beugungswinkel (2θ), der die maximale Peakstärke unter allen Peaks
aufweist, welche zu Al2O3 in Röntgendiagrammen gehören. Zur Herstellung der beschichteten
Sinterkarbideinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer
Titanverbundschicht, einer Al2O3-Schicht und einer äußeren Titanoxidschicht auf jedes Substrat
aufgebracht, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 4
gezeigt sind. Um konventionelle beschichtete Sinterkarbideinsätze herzustellen, wurden
dieselben Substrate und Beschichtungsstrukturen genommen, jedoch im Gegensatz zu der
vorliegenden Erfindung mit äußeren Titanoxidschichten, wobei die festgelegte
Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 5 gezeigt sind. Beschichtete
Sinterkarbideinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 14 und konventionelle beschichtete
Karbideinsätze 1 bis 14 wurden auf solche Weise hergestellt.
Bei den beschichteten Sinterkarbideinsätzen der vorliegenden Erfindung 1 und 3 wurde eine
Behandlung zur Verbesserung des Anhaftens zwischen den Flächen der Al2O3-Schicht und der
äußeren Titanoxidschicht angewandt, nachdem die Titanoxidschicht aufgebracht worden war.
Für den vorliegende Einsatz 1 waren die Bedingungen der Behandlung die folgenden: eine
Gasverbindung aus TiCl4 (1 Vol.-%), wobei Ar die restliche Gaskomponente darstellt; eine
Temperatur von 1020°C; ein Druck von 50 Torr eine Dauer von 1 Stunde. Für den vorliegenden
Einsatz 3 waren die Bedingungen wie folgt: eine Gasverbindung aus TiCl4 (0,2 Vol.%), wobei
Ar die restliche Gaskomponente darstellt; eine Temperatur von 1000°C; ein Druck von 150 Torr
eine Dauer von 2 Stunden. Bei einer Querschnittsuntersuchung unter Verwendung von AES
wurde für den vorliegenden Einsatz 1 ein Diffusionsbereich mit einer Dicke von 0,9 µm
untersucht, während für den vorliegenden Einsatz 3 ein Diffusionsbereich mit einer Dicke von
0,6 µm untersucht wurde. Das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan der äußeren
Titanoxidschicht (w-Wert) wurde unter Einsatz von AES untersucht, und er war fast identisch
mit dem Sollwert, wie in Tabelle 3 gezeigt.
Aus der Untersuchung der harten Beschichtungen unter Verwendung eines optischen
Mikroskops ergab sich, daß die Dicke jeder Schicht fast identisch mit der geplanten Dicke war.
Auch aus der Untersuchung der harten Beschichtung unter Verwendung der
Röntgenspektroskopie, deren Quelle eine Cu K α-Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 1,5 A
war, ergab sich, daß jede Al2O3-Schicht die maximale Peakstärke in demselben Winkel wie dem
Sollwinkel aufwies.
Ferner wurden mit den beschichteten Sinterkarbideinsätzen der vorliegenden Erfindung 1 bis 14
und den konventionellen beschichteten Sinterkarbideinsätzen 1 bis 14 die folgenden
kontinuierlichen und diskontinuierlichen Schneidversuche durchgeführt. Die Verschleißbreite
auf der Flankenseite wurde bei jedem Versuch gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6
gezeigt.
- 1. (1-1) Schneidart: kontinuierliches Drehmeißeln von Edelstahl
Werkstück: runde JIS SUS304-Stange
Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdr.
Schnittiefe: 1 mm
Schneidzeit: 10 min.
Kühlmittel: trocken - 2. (1-2) Schneidart: diskontinuierliches Drehmeißeln von Edelstahl
Werkstück: runde JIS SUS304-Stange mit 4 Längsnuten
Schneidgeschwindigkeit: 200 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,17 mm/Umdr.
Schnittiefe: 1 mm
Schneidzeit: 3 min.
Kühlmittel: trocken - 3. (1-3) Schneidart: diskontinuierliches Drehmeißeln von weichem, unlegiertem Stahl
Werkstück: runde JIS S15C-Stange mit 4 Längsnuten
Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,25 mm/Umdr.
Schnittiefe: 1,5 mm
Schneidzeit: 5 min.
Kühlmittel: trocken
Dieselben Sinterkarbideinsatzsubstrate A bis F wie in Beispiel 1 wurden hergestellt.
Die Schneiden der Sinterkarbideinsatzsubstrate A bis F wurden gehont. Jedes Substrat wurde
einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den
Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtungen auf dem
Substrat zu bilden. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbideinsätze gemäß der
vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer
Al2O3-Schicht, einer äußeren Titanoxidschicht, welche diffundierenden Sauerstoff liefert, und
einer aus diffundiertem Sauerstoff gebildeten äußersten Titannitroxidschicht aufgebracht, wobei
die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 7 gezeigt sind. Um
konventionelle beschichtete Sinterkarbideinsätze herzustellen, wurden, im Vergleich zu der
vorliegenden Erfindung, dieselben Substrate und Beschichtungsstrukturen genommen, außer daß
die äußere Titanoxidschicht und die äußerste Titannitroxidschicht durch eine TiN-Schicht ersetzt
wurden. Die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht der konventionellen
Sinterkarbideinsätze sind in Tabelle 8 gezeigt. Beschichtete Sinterkarbideinsätze gemäß der
vorliegende Erfindung 15 bis 24 und konventionelle beschichtete Karbideinsätze 15 bis 24
wurden auf solche Weise hergestellt.
Bei den beschichteten Sinterkarbideinsätzen der vorliegenden Erfindung 17 und 21 wurde eine
Behandlung zur Verbesserung des Anhaftens zwischen den Flächen der Al2O3-Schicht und der
Titanoxidschicht angewandt, nachdem eine äußere Titanoxidschicht aufgebracht worden war.
Für den vorliegenden Einsatz 17 waren die Bedingungen der Behandlung die folgenden: eine
Gasverbindung aus TiCl4 (0,5 Vol.-%), wobei Ar die restliche Gaskomponente darstellt; eine
Temperatur von 1000°C; ein Druck von 100 Torr; und eine Dauer von 1 Stunde. Für den
vorliegenden Einsatz 21 waren die Bedingungen wie folgt: eine Gasverbindung aus TiCl4 (0,1
Vol.-%), wobei Ar die restliche Gaskomponente darstellt; eine Temperatur von 1000°C; ein
Druck von 50 Torr und eine Dauer von 2 Stunden.
Bei der Querschnittsuntersuchung unter Verwendung von AES wurde für den vorliegenden
Einsatz 17 ein Diffusionsbereich mit einer Dicke von 0,6 µm ermittelt, während für den
vorliegenden Einsatz 21 ein Diffusionsbereich mit einer Dicke von 0,8 µm festgestellt wurde.
Das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan an der äußeren Titanoxidschicht (w-Wert) und das
Atomverhältnis des diffundierten Sauerstoffs zu Titan an der äußersten Titannitroxidschicht (y-
Wert) wurden unter Einsatz von AES untersucht, und die Werte sind in Tabelle 9 dargestellt.
Aus der Untersuchung der harten Beschichtungen unter Verwendung eines optischen
Mikroskops ergab sich, daß die Dicke jede Schicht fast identisch mit der geplanten Dicke war.
Auch aus der Untersuchung der harten Beschichtung unter Verwendung der
Röntgenspektroskopie, deren Quelle eine Cu K α-Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 1,5 A
war, ergab sich, daß jede Al2O3-Schicht die maximale Peakstärke in denselben Winkel wie dem
Sollwinkel aufwies.
Ferner wurden mit den beschichteten Sinterkarbideinsätzen der vorliegenden Erfindung 15 bis 24
und den konventionellen beschichteten Sinterkarbideinsätzen 15 bis 24 die folgenden
kontinuierlichen und diskontinuierlichen Schneidversuche durchgeführt. Die Verschleißbreite
auf jeder Flankenseite wurde bei jedem Versuch gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9
gezeigt.
- 1. (2-1) Schneidart: kontinuierliches Drehmeißeln von legiertem Stahl
Werkstück: runde JIS SCM440-Stange
Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdr.
Schnittiefe: 1,5 mm
Schneidzeit: 5 min.
Kühlmittel: trocken - 2. (2-2) Schneidart: diskontinuierliches Drehmeißeln von legiertem Stahl
Werkstück: runde JIS SNCM439-Stange mit 4 Längsnuten
Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,25 mm/Umdr.
Schnittiefe: 1,5 mm
Schneidzeit: 5 min.
Kühlmittel: trocken
Die folgenden Pulver wurden als Rohmaterialien hergestellt: grobes WC-Pulver mit einer
Korndurchschnittsgröße von 5,5 µm; ein feines WC-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße
von 0,8 µm; ein TaC Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 1,3 µm; ein NbC-Pulver mit
einer Korndurchschnittsgröße von 1,2 µm; ein ZrC-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von
1,2 µm; ein Cr3C2-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 2,3 µm; ein VC-Pulver mit einer
Korndurchschnittsgröße von 1,5 µm; ein (Ti,W)C-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von
1,0 µm; ein Co-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 1,8 µm; und ein Kohlenstoffpulver
mit einer Korndurchschnittsgröße von 1,2 µm. Eine Anzahl von Pulvermischungen wurde durch
Mischen gemäß den in Tabelle 10 gezeigten Formeln mit Wachs in Acetonlösemittel hergestellt.
Jedes Pulvergemisch wurde in einer Kugelmühle über 24 Stunden naß gemahlen und getrocknet.
Nachdem jedes trockene Gemisch bei einem Druck von 1 Tonne/cm2 zu einem Grünling gepreßt
worden war, wurde jeder Grünling unter den folgenden Bedingungen gesintert: ein Druck von
0,05 Torr eine Erwärmungsgeschwindigkeit von 7°C/min.; eine Temperatur von 1370 bis
1470°C und eine Haltezeit von 1 Stunde, um Sinterkarbidmaterialien herzustellen, deren Formen
Säulen mit Durchmessern von 8 mm, 13 mm und 26 mm entsprachen. Ferner wurden
Sinterkarbidschaftfräsersubstrate a bis h mit den folgenden Größen: ϕ 6 mm × 13 mm, ϕ 10 mm
× 22 mm und ϕ 20 mm × 45 mm, deren Formen und Zusammensetzungen in Abb. 2 und
Tabelle 10 gezeigt sind, mit einem Schleifverfahren an den säulenförmigen
Sinterkarbidmaterialien hergestellt.
Die Schneiden der Sinterkarbidschaftfräsersubstrate a bis h wurden gehont. Jedes Substrat wurde
einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den
Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtungen auf den
Substraten zu bilden. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbidschaftfräser gemäß der
vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer
Al2O3-Schicht und einer äußeren Titanoxidschicht auf jedes Substrat aufgebracht, wobei die
festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 11 gezeigt sind. Um
konventionelle beschichtete Sinterkarbidschaftfräser herzustellen, wurde, im Vergleich zu der
vorliegenden Erfindung dieselben Substrate und Beschichtungsstrukturen genommen, außer daß
äußere Titanoxidschichten aufgebracht wurden, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und
Dicke für jede Schicht in Tabelle 12 gezeigt sind. Beschichtete Sinterkarbidschaftfräser gemäß
der vorliegenden Erfindung 1 bis 8 und konventionelle beschichtete Karbidschaftfräser 1 bis 8
wurden auf solche Weise hergestellt.
Ferner wurden mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 1 bis
3 und den konventionellen beschichtete Sinterkarbidschaftfräsern 1 bis 3 die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (3-1) Schneidart: Nutenfräsen an Edelstahl
Werkstück: quadratische JIS SUS304-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 60 m/min.
Tischzufuhrgeschwindigkeit: 200 mm/min.
Schnittiefe: 3 mm
Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel
Mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 4 bis 6 und den
konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern 4 bis 6 wurden die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (3-2) Schneidart: Nutenfräsen an weichem, unlegiertem Stahl
Werkstück: quadratische JIS S15C-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 80 min.
Tischzufuhrgeschwindigkeit: 400 mm/min.
Schnittiefe: 6 mm
Kühlmittel: trocken
Mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 7 und 8 und den
konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern 7 und 8 wurden die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (3-3) Schneidart: Nutenfräsen an Edelstahl
Werkstück: quadratische JIS SUS304-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 70 m/min.
Tischzufuhrgeschwindigkeit: 200 mm/min.
Schnittiefe: 15 mm
Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel
Bei jedem Nutenfräsversuch wurde die Gesamtnutenlänge gemessen, welche hergestellt werden
kann, bis der Durchmesser der unteren Schneide des Schaftfräsers sich um 0,20 mm im
Vergleich zum Original verringert hat. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 11 und 12 gezeigt.
Dieselben Sinterkarbidschaftfräsersubstrate a bis h wie in Beispiel 3 wurden hergestellt.
Die Schneiden der Sinterkarbidschaftfräsersubstrate a bis h wurden gehont. Jedes Substrat wurde
einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den
Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtungen auf den
Substraten zu bilden. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbidschaftfräser gemäß der
vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer
Al2O3-Schicht, einer äußeren Titanoxidschicht, welche diffundierenden Sauerstoff liefert, und
einer diffundierten Sauerstoff umfassenden äußersten Titannitroxidschicht aufgebracht, wobei
die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 13 gezeigt sind. Um
konventionelle beschichtete Sinterkarbidschaftfräser herzustellen, wurden, im Vergleich zu der
vorliegenden Erfindung, dieselben Beschichtungsbedingungen eingesetzt, außer daß die äußere
Titanoxidschicht und die äußerste Titannitroxidschicht durch eine TiN-Schicht ersetzt wurden,
wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und die Dicke für jede Schicht in Tabelle 14 gezeigt
sind. Beschichtete Sinterkarbidschaftfräser gemäß der vorliegende Erfindung 9 bis 16 und
konventionelle beschichtete Karbidschaftfräser 9 bis 16 wurden auf solche Weise hergestellt.
Ferner wurden mit den beschichtete Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 9 bis
11 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern 9 bis 11 die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (4-1) Schneidart: Nutenfräsen an legiertem Stahl
Werkstück: quadratische JIS SCM440-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 80 m/min.
Tischzufuhrgeschwindigkeit: 500 mm/min
Schnittiefe: 3 mm
Kühlmittel: trocken
Mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 12 bis 14 und den
konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern 12 bis 14 wurden die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (4-2) Schneidart: Nutenfräsen an legiertem Stahl
Werkstück: quadratische JIS SCM440-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 90 m/min.
Tischzufuhrgeschwindigkeit: 500 mm/min.
Schnittiefe: 6 mm
Kühlmittel: trocken
Mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 15 und 16 und den
konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern 15 und 16 wurden die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (4-3) Schneidart: Nutenfräsen an legiertem Stahl
Werkstück: quadratische JIS SCM415-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 90 m/min.
Tischzufuhrgeschwindigkeit: 500 mm/min.
Schnittiefe: 15 mm
Kühlmittel: trocken
Bei jedem Nutenfräsversuch wurde die Gesamtnutenlänge gemessen, welche hergestellt werden
kann, bis der Durchmesser der unteren Schneide des Schaftfräsers sich um 0,20 mm im
Vergleich zum Original verringert hat. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 13 und 14 gezeigt.
Dieselben Sinterkarbidmaterialien wie in Beispiel 3, deren Formen Säulen mit Durchmessern
von 8 mm, 13 mm und 26 mm entsprachen, wurden hergestellt.
Sinterkarbidbohrersubstrate a' bis h' mit den folgenden Größen: ϕ 4 mm × 13 mm, ϕ 8 mm × 22
mm und ϕ 16 mm × 45 mm, deren Formen und Zusammensetzungen in Abb. 3 und Tabelle
15 gezeigt sind, wurden mit einem Schleifverfahren an den säulenförmigen
Sinterkarbidmaterialien hergestellt.
Die Schneiden der Sinterkarbidbohrersubstrate a' bis h' wurden gehont. Jedes Substrat wurde
einer chemische Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den
Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtung auf den
Substraten zu bilden. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbidbohrer gemäß der
vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer
Al2O3-Schicht und einer äußeren Titanoxidschicht auf jedes Substrat aufgebracht, wobei die
festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 16 gezeigt sind. Um
konventionelle beschichtete Sinterkarbidbohrer herzustellen, wurden, im Vergleich zu der
vorliegenden Erfindung, dieselben Substrate und Beschichtungsstrukturen genommen, außer daß
eine äußere Titanoxidschicht aufgebracht wurde, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur
und die Dicke für jede Schicht in Tabelle 17 gezeigt sind. Beschichtete Sinterkarbidbohrer
gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 8 und konventionelle beschichtete Sinterkarbidbohrer 1
bis 8 wurden auf solche Weise hergestellt.
Feiner wurden mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 1 bis 3
und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 1 bis 3 die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (5-1) Schneidart: Bohren auf Edelstahl
Werkstück: quadratische JIS SUS304-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 25 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,1 mm/Umdr.
Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel
Mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 4 bis 6 und den
konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 4 bis 6 wurden die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (5-2) Schneidart: Bohren auf Edelstahl
Werkstück: quadratische JIS SUS304-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 30 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,15 mm/Umdr.
Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel
Mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 7 und 8 und den
konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 7 und 8 wurden die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (5-3) Schneidert: Bahren auf Edelstahl
Werkstück: quadratische JIS S15C-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 70 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,35 mm/Umdr.
Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel
Bei jedem Bohrversuch wurde die Anzahl an Löchern gezählt, die gebohrt werden konnte, bis
der Flankenverschleiß des Bohren 0,30 mm erreichte. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 16
und 17 gezeigt.
Dieselben Sinterkarbidbohrersubstrate a' bis h' wie in Beispiel 5 wurden hergestellt.
Die Schneiden der Sinterkarbidbohrersubstrate a' bis h' wurde gehont. Jedes Substrat wurde
einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den
Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtungen auf den
Substraten zu bilden. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbidbohrer gemäß der
vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer
Al2O3-Schicht, einer äußeren Titanoxidschicht, welche diffundierenden Sauerstoff liefert, und
einer den diffundierten Sauerstoff aufnehmenden äußersten Titannitroxidschicht auf die
beschichteten Schneiden aufgebracht, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für
jede Schicht in Tabelle 18 gezeigt sind. Um konventionelle beschichtete Sinterkarbidbohrer
herzustellen, wurden, im Vergleich zu da vorliegenden Erfindung, dieselben
Beschichtungsbedingungen eingesetzt, außer daß die äußere Titanoxidschicht und die äußerste
Titannitroxidschicht durch eine TiN-Schicht ersetzt wurden, wobei die festgelegte
Beschichtungsstruktur und die Dicke für jede Schicht in Tabelle 19 gezeigt sind. Beschichtete
Sinterkarbidbohrer gemäß der vorliegenden Erfindung 9 bis 16 und konventionelle beschichtete
Sinterkarbidbohrer 9 bis 16 wurden auf solche Weise hergestellt.
Ferner wurden mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 9 bis 11
und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 9 bis 11 die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (6-1) Schneidart: Bohren auf legiertem Stahl
Werkstück: quadratische JIS SCM440-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 50 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdr.
Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel
Mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 12 bis 14 und den
konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 12 bis 14 wurden die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (6-2) Schneidart: Bohren auf legiertem Stahl
Werkstück: quadratische JIS SCM440-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 min
Schneidgeschwindigkeit: 60 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdr.
Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel
Mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 15 und 16 und den
konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 15 und 16 wurden die folgenden
Schneidversuche durchgeführt.
- 1. (6-3) Schneidart: Bohren auf legiertem Stahl
Werkstück: quadratische JIS SCM415-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm
Schneidgeschwindigkeit: 75 m/min.
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,35 mm/Umdr.
Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel
Bei jedem Bohrversuch wurde die Anzahl an Löchern gezählt, die gebohrt werden konnte, bis
der Flankenverschleiß des Bohrers 0,30 mm erreichte. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 18
und 19 gezeigt.
Die Darlegungen der japanischen Prioritätsanmeldungen Nrn. H 11-104941, eingereicht am 13.
April 1999; H 11-176146, eingereicht am 23. Juni 1999; H 11-187780, eingereicht am 01. Juli
1999; H 11-228307, eingereicht am 12. August 1999; H 11-228305, eingereicht am 12. August
1999; H 11-229301, eingereicht am 13. August 1999; H 11-229302, eingereicht am 13. August
1999; H 11-293093, eingereicht am 15. Oktober 1999; H 11-363925, eingereicht am 22.
Dezember 1999; H 11-363922, eingereicht am 22. Dezember 1999; 2000-042178, eingereicht am
01. Februar 2000 und 2000-042181, eingereicht am 01. Februar 2000 werden hiermit unter
Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung mit eingezogen.
Offensichtlich können zahlreiche Modifizierungen und Veränderungen der vorliegenden
Erfindung angesichts der oben dargelegten Lehren vorgenommen werden. Daher ist zu
versteh, daß die Erfindung innerhalb des Rahmens der anhängenden Ansprüche anders
durchgeführt werden kann als hier spezifisch beschrieben.
Claims (16)
1. Beschichtetes Sinterkarbidschneidelement für ein Schneidwerkzeug mit einem Substrat und
einer harten Beschichtung auf dem Substrat,
wobei die harte Beschichtung wenigstens eine Schicht aufweist, welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus Titankarbid, Titannitrid, Titankarbonitrid, Titankarboxid, Titankarbonitroxid, Aluminiumoxid und einem Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundmaterial besteht, bei welchem die Zirkonoxidphasen um die geschliffenen Aluminiumoxidphasen herum dispergiert werden, und
wobei die harte Beschichtung mit einer Außenschicht versehen ist, welche Titanoxid aufweist, das durch die Summenformel TiOw ausgedrückt ist, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 1,20 bis 1,90 reicht.
wobei die harte Beschichtung wenigstens eine Schicht aufweist, welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus Titankarbid, Titannitrid, Titankarbonitrid, Titankarboxid, Titankarbonitroxid, Aluminiumoxid und einem Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundmaterial besteht, bei welchem die Zirkonoxidphasen um die geschliffenen Aluminiumoxidphasen herum dispergiert werden, und
wobei die harte Beschichtung mit einer Außenschicht versehen ist, welche Titanoxid aufweist, das durch die Summenformel TiOw ausgedrückt ist, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 1,20 bis 1,90 reicht.
2. Artikel gemäß Anspruch 1, wobei die Außenschicht eine Dicke von 0,1 bis 3 µm aufweist.
3. Artikel gemäß Anspruch 2, wobei die Dicke der Außenschicht von 0,2 bis 1,5 µm reicht.
4. Artikel gemäß Anspruch 1, wobei die harte Beschichtung eine Dicke von 3 bis 30 µm
aufweist.
5. Artikel gemäß Anspruch 1, wobei die Außenschicht Titanoxid mit der Summenformel TiOw
aufweist, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 1,45 bis 1,80
reicht.
6. Artikel gemäß Anspruch 5, wobei die Außenschicht eine Dicke von 0,1 bis 3 µm aufweist.
7. Artikel gemäß Anspruch 5, wobei die Dicke der Außenschicht von 0,2 bis 1,5 µm reicht.
8. Artikel gemäß Anspruch 5, wobei die harte Beschichtung eine Dicke von 3 bis 30 µm
aufweist.
9. Artikel gemäß Anspruch 1, wobei das beschichtete Sinterkarbidschneidelement eine äußerste
Schicht auf der Titanoxidschicht aufweist, wobei die äußerste Schicht Titannitroxid mit der
Summenformel TiN1-y(O)y aufweist, wobei (O) den von unterhalb der Titanoxidschicht
diffundierten Sauerstoff ausdrückt und y für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht,
das von 0,01 bis 0,40 reicht.
10. Artikel gemäß Anspruch 9, wobei die äußerste Schicht eine Dicke von 0,05 bis 2 µm
aufweist.
11. Artikel gemäß Anspruch 9, wobei die äußerste Schicht eine Dicke von 0,1 bis 1 µm aufweist.
12. Artikel gemäß Anspruch 9, wobei die Außenschicht Titanoxid mit der Summenformel TiOw
aufweist, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 1,35 bis 1,70
reicht.
13. Artikel gemäß Anspruch 5, wobei das beschichtete Sinterkarbidschneidelement ferner eine
äußerste Schicht auf der Titanoxidschicht aufweist,
wobei die äußerste Schicht Titannitroxid mit der Summenformel TiN1-y(O)y aufweist, wobei (O)
den von unterhalb der Titanoxidschicht diffundierten Sauerstoff ausdrückt und y für das
Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 0,01 bis 0,40 reicht.
14. Artikel gemäß Anspruch 13, wobei die äußerste Schicht eine Dicke von 0,05 bis 2 µm
aufweist.
15. Artikel gemäß Anspruch 14, wobei die äußerste Schicht eine Dicke von 0,1 bis 1 µm
aufweist.
16. Artikel gemäß Anspruch 13, wobei die Außenschicht Titanoxid mit der Summenformel TiOw
aufweist, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 1,35 bis 1,70
reicht.
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