DE10120046A1 - Schneideinsatz zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Metalllegierungswerkstücken und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Schneideinsatz zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Metalllegierungswerkstücken und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
- Publication number
- DE10120046A1 DE10120046A1 DE2001120046 DE10120046A DE10120046A1 DE 10120046 A1 DE10120046 A1 DE 10120046A1 DE 2001120046 DE2001120046 DE 2001120046 DE 10120046 A DE10120046 A DE 10120046A DE 10120046 A1 DE10120046 A1 DE 10120046A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- substrate body
- cutting insert
- layer
- insert according
- boron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Metallegierungswerkstücken und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Schneideinsatz besteht aus einem Hartmetall-Substratkörper, dessen Hartstoffpartikel eine mittlere Korngröße 1,5 mum besitzen und einer hierauf abgeschiedenen Hartstoffschicht, die aus den atomaren Komponenten Bor, Stickstoff und mindestens einem der Metalle der Gruppe Ti, Zr und Hf besteht.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz zur Bearbeitung
von schwer zerspanbaren Metallegierungswerkstücken, bestehend
aus einem Hartmetall-Substratkörper, auf dem mindestens eine
Hartstoffschicht abgeschieden worden ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Schneideinsatzes, bei dem zunächst auf pulverme
tallurgischem Weg ein gesinterter Hartmetall-Substratkörper
gefertigt und dieser anschließend mittels eines plasmaunter
stützten CVD-Verfahrens beschichtet wird.
Soweit nicht bei Werkstück-Zerspanungsarbeiten, wie dem Dre
hen, Fräsen oder Bohren, unbeschichtete, aus Hartmetallen,
Cermets oder Keramiken bestehende Schneideinsätze in hinrei
chendem Maße ihren Gebrauchszweck erfüllen, ist es gängiger
Stand der Technik, beschichtete Schneideinsätze zu verwenden.
Je nach Art der Zerspanungsoperation, den Bearbeitungsparame
tern und der Werkstückbeschaffenheit, insbesondere der Werk
stück-Materialzusammensetzung, haben sich spezifische Mate
rial-Zusammensetzungen des Substratkörpers und der Hartstoff-
Beschichtung im Hinblick auf die Werkzeug-Standzeiten als gün
stig erwiesen. So werden beispielsweise Maschinenbaustähle mit
Wendeschneidplatten aus Hartmetallen bearbeitet, die zur Ver
schleißminderung mit dünnen Schichten aus den Hartstoffen
Titancarbid, Titannitrid, Titancarbonitrid und/oder Aluminium
oxid beschichtet sind. Erfahrungsgemäß ist die zerspanende
Bearbeitung von Werkstücken um so schwieriger, je härter das
Werkstück ist. Sehr harte Stähle, z. B. Wälzlagergehäuse, die
gehärtete Randschichten besitzen, können mit den vorgenannten,
eine Beschichtung aufweisenden Schneideinsätzen nicht mehr
bearbeitet werden, weshalb zumindest der letzte Bearbeitungs
schritt durch Schleifen mit Diamantschleifscheiben erfolgt.
Als hartes und verschleißbeständiges Material ist neben dem
Diamant kubisches Bornitrid (cBN) bekannt, das synthetisch in
einem aufwendigen und komplizierten Prozeß bei sehr hohen Tem
peraturen und Drücken durch Verdichtung von hexagonalem Borni
trid herstellbar ist. Neben der Härte besitzt cBN auch den
Vorteil, daß es auch bei hohen Temperaturen nicht mit Eisenle
gierungen reagiert und daher zur Stahlbearbeitung gut geeignet
erscheint. Die Kosten für die Herstellung eines cBN-Körpers
sind jedoch relativ hoch, weshalb man in der Praxis herge
stellte cBN-Partikel in einem weiteren Hochdruckprozeß mit
metallischen oder keramischen Bindestoffen zu kleinen Körpern
aus polykristallinem kubischen Bornitrid zusammenfügt, die mit
einem Träger aus Hartmetall durch Löten verbunden werden. Nach
dem Löten sind jedoch mehrere Schleifvorgänge notwendig, die
nicht nur zu einer weiteren Verteuerung des derart gefertigten
Werkzeuges führen, sondern auch nur einfache Werkzeugformen
zulassen. Erreichbare Zerspanungsergebnisse hängen jedoch
nicht nur von der Materialzusammensetzung des Schneideinsat
zes, sondern auch von dessen geometrischer Gestaltung ab. Im
einfachsten Fall werden zur besseren Spanabfuhr, zur Optimie
rung des Spanbruches, der zur Vermeidung von gefährlichen
Wirrspänen erforderlich ist, und zur Erhöhung der Standzeit
durch Verminderung des Verschleißes an den Schneidkanten und
auf der Spanfläche Mulden und/oder Erhebungen, insbesondere
auf der Spanfläche vorgesehen. In weiteren geometrischen
Gestaltungsmöglichkeiten können nicht lineare Schneidkanten,
verdrallte Flanken oder Fasen weitere Vorzüge liefern, die
jedoch nur dann herstellungstechnisch realisierbar sind, wenn
der Schneideinsatz-Grundkörper auf pulvermetallurgischem Weg
durch Pressen eines Grünlinges, in den die späteren Schneid
einsatz-Formgestaltungen unter Berücksichtigung des Sinter
schwundes bereits eingeprägt sind, durch Sintern des Grünlin
ges sowie abschließendes Beschichten hergestellt wird. Schich
ten auf einen Substratkörper lassen sich vorzugsweise durch
physikalische oder chemische Abscheidung aus der Dampfphase
(PVD oder CVD) erzeugen. Die Aufbringung von Carbiden, Nitri
den oder Carbonitriden eines der Elemente der IVa bis VIa des
Periodensystemes und/oder von Aluminium- oder Zirkonoxid kann
zwischenzeitlich als zufriedenstellend gelöst angesehen wer
den. Die Abscheidung von BN-Schichten mittels CVD oder PVD
brachte jedoch bisher keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Je
nach Beschichtungsbedingungen wird nämlich BN nur in hexagona
ler Form abgeschieden, somit als eine zu weiche und für Zer
spanungszwecke unbrauchbaren Schicht. Durch Änderung der
Abscheidebedingungen in CVD-Prozessen, insbesondere bei plas
maunterstützten CVD-Abscheidungen gelingt es zwar BN-Schichten
abzuscheiden, die kubische Bornitrid-Anteile aufweisen, jedoch
ist die erreichbaren Härte solcher Schichten ebenso unbefrie
digend wie deren geringe Haftfestigkeit auf dem Substratkörper
oder einer hierauf abgeschiedenen Zwischenschicht. Bereits bei
Härteprüfungen mit einem Diamant kam es zu lokalen Abplatzun
gen der aufgetragenen BN-Schicht. In vielen Fällen mußte auch
festgestellt werden, daß die abgeschiedenen BN-Lagen Stick
stoff in einem unterstöchiometrischen Anteil enthielten, so
daß die bisherigen Bemühungen, dünne cBN-Schichten mittels PVD
oder CVD zu erzeugen, im Ergebnis weit hinter den gesteckten
Erwartungen zurückgeblieben sind.
Bei der Zielsetzung, mit einer Beschichtung versehene Schneid
einsätze zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Metallegie
rungswerkstücken zu erzeugen, ist überraschenderweise gefunden
worden, daß sowohl erhöhte Härtewerte als auch verbesserte
Standzeiten bei Zerspanungsoperationen mit Schneideinsätzen
gemäß Anspruch 1 erreichbar sind.
Erfindungsgemäß wesentlich ist die Kombination eines Feinkorn-
oder Feinstkornhartmetall-Substratkörpers mit einer mittleren
Hartstoff-Partikel-Korngröße ≦ 1,5 µm, vorzugsweise ≦ 1,2 µm,
mit einer Hartstoffschicht, welche aus den atomaren Komponen
ten Bor, Stickstoff und mindestens einem der Metalle der
Gruppe Ti, Zr und Hf, vorzugsweise Ti, besteht.
Vorzugsweise weist der Hartmetall-Substratkörper 3 Massen% bis
25 Massen% Co als Binder, Rest WC auf, wobei die WC-Partikel
eine mittlere Korngröße ≦ 1,2 µm, vorzugsweise 0,2 bis 0,8 µm,
und insbesondere ≦ 0,5 µm aufweisen. Gute Zerspanungsergebnisse
ließen sich insbesondere mit Schneideinsätzen erzielen, deren
Substratkörper eine Vickers-Härte ≧ 1600 HV30, vorzugsweise
≧ 1800 HV30, besitzen. Entsprechendes gilt für solche Schneid
einsätze mit einem Substratkörper, deren mit einem Klein
lastprüfgerät bestimmte Vickers-Härte ≧ 2400 HV0,05 bzw. ≧ 2600
HV0,05 beträgt.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung besitzt mindestens
eine auf dem Substratkörper abgeschiedene Schicht die analyti
sche Zusammensetzung 15 bis 65 Atom% Bor, 10 bis 45 Atom%
Titan, Rest Stickstoff, wobei der Stickstoffanteil insbeson
dere zwischen 3 Atom% und 45 Atom% liegen soll. Gute Zerspa
nungsergebnisse konnten mit den genannten, Titan, Bor und
Stickstoff enthaltenen Schichten erzielt werden, wenn die
Schicht amorph, nanokristallin oder feinkristallin ist
und/oder eine Dicke von 0,1 µm bis 5 µm aufweist. Im Rahmen
der vorliegenden Erfindung kann der Substratkörper mit einer
mehrlagigen Beschichtung versehen sein, bei der die äußerste
Schicht die Komponenten Ti, B und N enthält. Die unmittelbar
auf dem Hartmetall-Substratkörper aufgetragene Schicht sollte
zur Vermeidung von Diffusionen des Bors in das Hartmetall aus
TiN oder TiCN bestehen. Vorzugsweise wird eine Schichtfolge
TiN-TiCN-(Ti-B-N) von innen nach außen auf dem Substratkörper
gewählt.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes wird
das im Anspruch 10 beschriebene Verfahren verwendet, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß die für die Hartstoffphase und
für die Binderphase erforderlichen feinkörnigen oder
feinstkörnigen Pulver so aufbereitet, zu einem Grünling
gepreßt und anschließend gesintert werden, daß die mittlere
Korngröße der Hartstoffphase im Sinterkörper ≦ 1,5 µm, vorzugs
weise 1,2 µm, beträgt. Der derart gefertigte Sinterkörper
wird anschließend mittels eines plasmaunterstützten CVD-Ver
fahrens beschichtet, bei dem die Bor, Titan und Stickstoff .
enthaltende Schicht unter Verwendung eines Gasgemisches aus
Bor- und Titan-Wasserstoffen oder -halogeniden, vorzugsweise
aus BCl3 und TiCl4, sowie N2 oder NH3 und einem Trägergas, vor
zugsweise H2, besteht. Die Beschichtungstemperatur liegt zwi
schen 400°C und 800°C, vorzugsweise bei maximal 700°C. Der
Gasdruck liegt unter 104 Pa. Die Plasmaaktivierung wird an dem
als Kathode geschalteten Substratkörper durch eine gepulste
Gleichspannung herbeigeführt. Das vorstehend angesprochene
Puls-Plasma-CVD-Verfahren ist bereits im Zusammenhang mit der
Abscheidung von Titancarbid oder Titannitrid grundsätzlich aus
der DE 38 41 731 A1, der EP 0 373 412 A1 oder der
DE 42 39 234 A1 bekannt und dort näher beschrieben, so daß auf
entsprechende Ausführungen Bezug genommen wird.
Weiterbildungen dieses Verfahrens bestehen in der Verwendung
einer gepulsten Gleichspannung mit maximalen Spannungswerten
zwischen 200 V und 900 V und/oder einer Periodendauer zwischen
20 µs und 20 ms.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand
von konkreten Ausführungsbeispielen geschildert.
Schneideinsätze mit einem Substratkörper aus einem Feinstkorn-
oder Ultrafeinstkorn-Hartmetall bestehend aus einer WC-Co-
Legierung mit durchschnittlichen WC-Durchmessern von 0,5 µm
bis 0,8 µm bzw. 0,2 µm bis 0,5 µm, haben im Vergleich zu kon
ventionellen Hartmetallen, deren durchschnittliche Wolframcar
biddurchmesser mehr als 1,5 µm betragen, eine größere Härte
und Biegefestigkeit. Feinstkorn- oder Ultrafeinstkorn-Hartme
talle haben Härtegrade von mehr als 1800 HV30 (Bestimmung der
Härtezahl nach DIN/ISO 3878). Der Substratkörper kann mit der
bekannten Herstellungstechnologie durch Pressen mittels eines
Ober- und eines Unterstempels und anschließender Sinterung
hergestellt werden. Hierbei können viele, an die unterschied
lichen Zerspanungsaufgaben angepaßte Formvarianten produziert
werden. Beispielsweise kann eine Wendeschneidplatte des Typs
SNMG120408-XX der Reihe nach einsetzbare Schneidecken und ein
mittleres Loch zur Durchführung einer Befestigungsschraube
besitzen. Die Zusatzbezeichnung -XX steht stellvertretend für
die Hersteller-spezifischen Angaben zur Gestaltung der Span
fläche, mit der ein kontrollierter Spanbruch erzielt werden
soll. Aus eingangs genannten Gründen können derart geformte
Wendeschneidplatten nicht aus polykristallinem kubischen Bor
nitrid hergestellt werden.
Die Beschichtung der beschriebenen Wendeschneidplatte kann
auch einlagigen oder mehrlagigen Hartstoffschichten bestehen,
von denen mindestens eine Schicht aus 10 bis 45 Atom% Titan,
15 bis 65 Atom% Bor, 3 bis 45 Atom% Stickstoff besteht (wobei
die Gesamtsumme aller Bestandteile 100 Atom% betragen muß).
Die durch ein Kleinlasthärteprüfgerät bestimmten Härtezahlen
betragen abhängig von der Zusammensetzung 3000 bis 4000
HV0,05. Die Gesamtdicke der Beschichtung liegt zwischen 2 µm
und 10 µm, vorzugsweise zwischen 3 µm bis 8 µm. Mit den vorge
nannten Härtegraden werden annähernd Härtezahlen von polykri
stallinem kubischen Bornitrid erreicht. Die Ti-B-N-Schicht
kann amorph, nanokristallin oder feinkristallin sein. Im
ersten Fall ist weder durch Röntgenstrahlbeugung noch durch
Elektronenstrahlbeugung eine Kristallinität feststellbar, im
zweiten Fall zeigt das Elektronenbeugungsbild auf Kristallini
tät im Nanometerbereich zurückzuführende Reflexe. Im feinkri
stallinen Fall können auch Röntgenstrahlen (mit im Vergleich
zu Elektronenstrahlen längeren Wellenlängen) Interferenzlinien
erzeugen. Die Resultate der Beugungsuntersuchungen lassen
annehmen, daß die Härteschicht mit atomaren Gehalten von Ti, B
und N möglicherweise aus einem Gemenge der Phasen TiB, TiB2,
Ti(N,B) und BN besteht, auch wenn dies mit den vorbeschriebe
nen Untersuchungen im Hinblick auf eine N-Bestimmung nur mit
großer Unsicherheit quantitativ bestimmt werden kann. In Ein
zelfällen konnte ein Atomverhältnis Ti/B in der betreffenden
Schicht von etwa 4/3 ermittelt werden.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel sind verschiedene Typen
von Wendeschneidplatten zum Drehen in bekannter Weise aus
Ultrafeinstkorn-Hartmetall durch Pulveraufbereitung, Pressen
und Sintern hergestellt worden. Die Zusammensetzung bestand
aus 93 Massen% WC, 6,1 Massen% Co und 9 Massen% Zusatzcarbiden
(beispielsweise der Elemente Titan, Hafnium, Vanadium, Tantal
und Chrom). Die gemessene Vickers-Härte des fertiggesinterten
Substratkörpers nach ISO 3878 betrug 2050 HV30.
Anschließend sind die Substratkörper mittels eines Puls-
Plasma-CVD-Verfahrens beschichtet worden, wie dies beispiels
weise in der DE 38 41 731 A1 oder der EP 0 373 412 A1
beschrieben wird. Konkret ist eine Gasphase bei etwa 650°C und
einem Druck von etwa 300 Pa eingestellt worden, in der ein
Gasgemisch aus BCl3, TiCl4, N2 und H2 enthalten war. Der CVD-
Prozeß wurde durch ein Glimmentladungsplasma aktiviert, das
durch eine gepulste Gleichspannung von etwa 500 V erzeugt
wurde. Die abgeschiedenen, Bor, Titan und Stickstoff enthalte
nen Schichten waren feinkörnig und glatt. Schichten mit Bor
gehalten von etwa 15% besaßen Schichthärten von 3200 HV0,05,
die bei einer Steigerung des Borgehaltes auf 61 Atom% zu
Mikrohärten von 3900 HV0,05 erhöht werden konnten. Die abge
schiedenen Ti-B-N-Schichten besaßen Dicken von bis zu 5 µm,
welche eine gute Haftung und Schichtstabilität direkt auf dem
Hartmetall-Substratkörper oder auf einer zuvor aufgebrachten
Zwischenschicht aus TiN oder TiCN abgeschieden worden sind.
Eine bevorzugt unmittelbar auf dem Hartmetall abgeschiedene
dünne TiN-Schicht dient zur Verhinderung der Diffusion von Bor
in den Hartmetall-Substratkörpern, die ansonsten bei schon
relativ niedrigen Beschichtungstemperaturen zu beobachten ist.
Das Schneidhaltigkeitsverhalten von verschiedenen Ausführungs
formen der nach vorbeschriebenem Verfahren hergestellten Wen
deschneidplatten im Vergleich zu nach dem Stand der Technik
bekannten Wendeschneidplatten wurde durch Plandrehen eines
Werkstückes aus gehärtetem Wälzlagerstahl 100Cr6 (1.2067)
geprüft. Bei den durchgeführten Zerspanungsarbeiten wurden die
Endflächen von Rohrstücken mit einem Außendurchmesser von
143 mm und einem Innendurchmesser von 112 mm im Trockenschnitt
bearbeitet. Die Schnittgeschwindigkeit betrug 100 m/min, die
Schnittiefe 0,2 mm und der Vorschub 0,06 mm pro Umdrehung. Die
folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die eingesetzten
Schneidstoffe und die erzielten Standzeiten:
Bei der unter der lfd. Nr. 1 aufgeführten Wendeschneidplatte
ist nur eine Schneidecke (SE) der bei dieser Type vorgesehenen
80°-Schneidecken mit einem etwa 6 mm × 6 mm großen und 1 mm
dicken Plättchen aus polykristallinem kubischen Bornitrid
(PBN) ausgestattet; dieses Plättchen ist in eine zuvor in die
Wendeschneidplatte aus Hartmetall eingearbeitete Vertiefung
eingelötet worden. Es ist in der Praxis nicht möglich, mehr
als eine Ecke in dieser Weise mit PBN zu bestücken, so daß
nach Verschleiß dieser Schneidecke der Schneideinsatz
unbrauchbar ist. Mit dieser einen nutzbaren Schneidecke ist
eine Standzeit von 23 min erreicht worden.
Die Ausführungsbeispiele lfd. Nr. 2, 4, 5 und 6 betreffen ein
heitlich Hartmetall-Substratkörper, die erfindungsgemäß mit
einer ersten Schicht aus TiN (Dicke 1,5 µm) sowie einer äuße
ren, 3,5 µm dicken Ti-B-N-Schicht versehen worden ist. Diese
äußere Schicht besaß eine Vickers-Härte, die zwischen 3700 und
3800 HV0,05 lag. Allerdings ist bei der Wendeschneidplatte
nach lfd. Nr. 2 als Substratkörper ein konventionelles Hartme
tall (WC-Co) mit Wolframcarbid-Korndurchmessern von etwa 3 µm
bis 6 µm verwendet worden. Trotz der aufgetragenen Doppel
schicht wird mit einer Schneidecke lediglich eine maximale
Standzeit von 0,9 min erreicht; die Standzeiten der übrigen
Schneidecken lagen darunter. Durch Verwendung der vier nutzba
ren Schneidecken ergab sich insgesamt eine Standzeit von 3,2 min,
wonach die Wendeschneidplatte unbrauchbar war. Bereits
die Wendeschneidplatte nach lfd. Nr. 3, die überhaupt keine
Beschichtung aufwies, sondern lediglich aus einem Ultra
feinstkorn-Hartmetall bestand, hatte demgegenüber eine
Gesamtgebrauchsdauer (aller vier Schneidecken) von 8 min; mit
der verschleißfestesten Schneidecke konnte eine Standzeit von
2,5 min erzielt werden.
Die Wendeschneidplatten gemäß lfd. Nr. 4, 5 und 6 gemäß der
vorliegenden Erfindung lassen hingegen pro Schneidecke Stand
zeiten von 6, 10 oder 16 min bzw. Gesamtstandzeiten unter Nut
zung aller vier zur Verfügung stehenden Schneidecken von 22,
35 und 52 min erreichen. In jedem Fall wird die Gebrauchsdauer
deutlich verbessert. Unterschiedliche, gesteigerte Standzeiten
lassen sich zusätzlich dadurch erreichen, daß bei dem Ausfüh
rungsbeispiel nach lfd. Nr. 5 die Schneidkante geringfügig
abgerundet worden ist (Radius ca. 30 µm). Hierdurch vermindern
sich die Schnittkräfte sowie als Folge hiervon die verbesserte
Standzeit.
Auffällig ist auch, daß die Gesamtstandzeit der Wende
schneidplatte nach lfd. Nr. 1 durch die Wendeschneidplatte
nach lfd. Nr. 5 noch erheblich gesteigert werden konnte. Zwar
wurde die Standzeit von 23 min bei der Wendeschneidplatte nach
lfd. Nr. 1 mit nur einer Schneidecke erreicht, jedoch kann aus
fertigungstechnischen Gründen auch nur eine Schneidecke mit
einem PBN-Einsatz versehen werden. Diese Schneidecke besitzt
aus fertigungstechnischen Gründen eine Fase, die bei PBN-
Schneidplättchen auch zur Vermeidung von Ausbröckelungen der
Schneidkante zwingend erforderlich ist. Wird die Schneidkante
gemäß Ausführungsbeispiel lfd. Nr. 5 verrundet, vermindern
sich die Schnittkräfte und die Gebrauchsdauer der Wende
schneidplatte wird auf 35 min erhöht. Eine weitere Standzeit
erhöhung konnte dadurch erzielt werden, daß auf der Spanfläche
Spanformelemente vorgesehen waren. Zwar liegt die Standzeit
einer Schneidecke im Ausführungsbeispiel bei 16 min, jedoch
konnten unter der möglichen Ausnutzung von vier Schneidecken
insgesamt 52 min erreicht werden. Insgesamt ergibt sich hier
durch eine deutlich verbesserte Gebrauchsdauer bei wesentlich
geringeren Herstellungskosten. Aus den eingangs erwähnten
Gründen lassen sich bei PBN-Einsätzen auch keine Oberflächen-
Relief-Strukturen und damit auch keine Spanformelemente ein
bringen, so daß durch solche Maßnahmen die Standzeit einer
PBN-Schneidecke nicht erhöht werden kann. Dies ist jedoch bei
erfindungsgemäßen Schneideinsätzen möglich, deren Substratkör
per auf pulvermetallurgischem Weg alle hiermit möglichen Form
gestaltungen einer Oberfläche gestattet, die auch bei der
Beschichtung erhalten bleibt.
Die Vergleichsbeispiele belegen ferner, daß erst die erfin
dungsgemäße Kombination des Substratwerkzeuges und der Ti-B-N-
Schicht gemäß Patentanspruch 1 die außerordentlichen Stand
zeitverbesserungen bewirkt.
Claims (12)
1. Schneideinsatz zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren
Metallegierungswerkstücken, bestehend aus einem Feinkorn-
oder Feinstkorn-Hartmetall-Substratkörper, dessen Hart
stoff-Partikel eine mittlere Korngröße ≦ 1,5 µm, vorzugs
weise ≦ 1,2 µm, besitzen, und mindestens einer hierauf
abgeschiedenen Hartstoff-Schicht, die aus den atomaren
Komponenten Bor, Stickstoff und mindestens einem der
Metalle der Gruppe Ti, Zr und Hf, vorzugsweise Ti,
besteht.
2. Schneideinsatz nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
der Hartmetall-Substratkörper 3 Massen% bis 25 Massen% Co
als Binder, Rest WC aufweist und daß die WC-Partikel eine
mittlere Korngröße ≦ 1,2 µm, vorzugsweise ≦ 0,2 µm bis
0,8 µm, weiterhin vorzugsweise bis 0,5 µm aufweisen.
3. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vickers-Härte des Substratkörpers
≧ 1600 HV30, vorzugsweise ≧ 1800 HV30, beträgt.
4. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die mit einem Kleinlastprüfgerät bestimmte
Vickers-Härte des Substratkörpers ≧ 2400 HV0,05, vorzugs
weise ≧ 2600 HV0,05, beträgt.
5. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine auf dem Substratkörper
abgeschiedene Schicht die analytische Zusammensetzung 15
bis 65 Atom% Bor, 10 bis 45 Atom% Titan, Rest Stickstoff
von mindestens 3 Atom% besitzt.
6. Schneideinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stickstoffanteil zwischen 3 Atom% und 45 Atom%
liegt.
7. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schicht, welche die atomaren Kom
ponenten Titan, Bor und Stickstoff enthält, amorph, nano
kristallin oder feinkristallin ist und/oder eine Dicke von
0,1 µm bis 5 µm aufweist.
8. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn
zeichnet, durch einen Substratkörper mit einer mehrlagigen
Beschichtung, bei der die Schicht mit den Komponenten
Ti-B-N die äußerste ist, wobei die Gesamtdicke aller
Schichten vorzugsweise unter 10 µm liegt.
9. Schneideinsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die unmittelbar auf dem Hartmetall-Substratkörper auf
getragene Schicht aus TiN oder TiCN besteht, wobei vor
zugsweise die auf dem Substratkörper (von innen nach
außen) aufgetragene Schichtfolge aus TiN-TiCN-(Ti-B-N)
besteht.
10. Verfahren zur Herstellung eines Schneideinsatzes nach
einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zunächst auf pulverme
tallurgischem Weg ein gesinterter Hartmetall-Substratkör
per gefertigt und dieser anschließend mittels eines plas
maunterstützten CVD-Verfahrens beschichtet wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die für die Hartstoffphase und für die
Binderphase erforderlichen feinkörnigen Pulver so aufbe
reitet, zu einem Grünling gepreßt und dieser anschließend
gesintert wird, daß die mittlere Korngröße der Hartstoff
phase im Sinterkörper ≦ 1,5 µm ist und daß anschließend
mindestens eine Schicht unter Verwendung eines Gasgemi
sches aus Bor- und Titan-Wasserstoffen oder -Halogeniden,
vorzugsweise aus BCl3 und TiCl4, sowie N2 oder NH3 und
einem Trägergas, vorzugsweise H2, bei einer Temperatur
zwischen 400°C und 800°C, vorzugsweise 400°C bis 700°C,
unter einem Gasdruck unter 104 Pa abgeschieden wird, die
aus den atomaren Komponenten Titan, Bor und Stickstoff
besteht, wobei die Plasmaaktivierung an dem als Kathode
geschalteten Substratkörper durch eine gepulste Gleich
spannung herbeigeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine
gepulste Gleichspannung mit Spannungswerten, deren Maximum
zwischen 200 V und 900 V liegt und/oder deren Perioden
dauer zwischen 20 µm und 20 ms beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß mittels des Puls-Plasma-CVD-Verfahrens
mehrere Schichten durch Wechsel der Gaszusammensetzung
abgeschieden werden, wobei vorzugsweise unmittelbar auf
dem Substratkörper eine aus TiN und/oder TiCN bestehende
diffusionshemmende erste Schicht und als äußerste Schicht
die Titan, Bor und Stickstoff enthaltende Schicht abge
schieden werden.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001120046 DE10120046B4 (de) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | Schneideinsatz zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Metalllegierungswerkstücken und Verfahren zu dessen Herstellung |
PCT/DE2002/000584 WO2002085563A2 (de) | 2001-04-24 | 2002-02-19 | Schneideinsatz zur bearbeitung von schwer zerspanbaren metalllegierungswerkstücken und verfahren zu dessen herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001120046 DE10120046B4 (de) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | Schneideinsatz zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Metalllegierungswerkstücken und Verfahren zu dessen Herstellung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10120046A1 true DE10120046A1 (de) | 2002-10-31 |
DE10120046B4 DE10120046B4 (de) | 2009-10-29 |
Family
ID=7682527
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001120046 Expired - Fee Related DE10120046B4 (de) | 2001-04-24 | 2001-04-24 | Schneideinsatz zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Metalllegierungswerkstücken und Verfahren zu dessen Herstellung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10120046B4 (de) |
WO (1) | WO2002085563A2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1365045A1 (de) * | 2002-05-21 | 2003-11-26 | WALTER Aktiengesellschaft | TiBN-Beschichtung |
DE102014105132A1 (de) * | 2014-04-10 | 2015-10-15 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zur Nachbearbeitung einer Großverzahnung und Wendeschneidplatte zur Nachbearbeitung einer Großverzahnung |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE60220622T2 (de) * | 2001-11-07 | 2008-01-31 | Hitachi Tool Engineering Ltd. | Mit einer Hartschicht beschichtetes Werkzeug |
WO2010050877A1 (en) * | 2008-10-30 | 2010-05-06 | Sandvik Intellectual Property Ab | A coated tool and a method of making thereof |
DE102011014186A1 (de) * | 2011-03-16 | 2012-09-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Schneidekörper zum Schneiden abrasiver Schnittgüter |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3841731C1 (en) * | 1988-12-10 | 1990-04-12 | Krupp Widia Gmbh, 4300 Essen, De | Process for coating a tool base, and tool produced by this process |
WO1994026469A1 (en) * | 1993-05-10 | 1994-11-24 | Kennametal Inc. | Group ivb boride based cutting tools |
DE4425796A1 (de) * | 1993-07-29 | 1995-02-02 | Balzers Hochvakuum | Beschichtetes Werkzeug und dessen Verwendung |
DE4100351C2 (de) * | 1990-01-10 | 1997-03-20 | Nippon Oils & Fats Co Ltd | Spanabhebendes Schneidwerkzeug |
DE19719195A1 (de) * | 1997-05-09 | 1998-11-12 | Widia Gmbh | Schneideinsatz zum Zerspanen und Verfahren zur Herstellung dieses Schneideinsatzes |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4645715A (en) * | 1981-09-23 | 1987-02-24 | Energy Conversion Devices, Inc. | Coating composition and method |
DE4239234A1 (de) * | 1992-11-21 | 1994-06-09 | Krupp Widia Gmbh | Werkzeug und Verfahren zur Beschichtung eines Werkzeuggrundkörpers |
JP3488526B2 (ja) * | 1994-12-14 | 2004-01-19 | 三菱マテリアル神戸ツールズ株式会社 | 耐摩耗性に優れた硬質皮膜および硬質皮膜被覆部材 |
DE19543748A1 (de) * | 1995-11-24 | 1997-05-28 | Widia Gmbh | Schneidwerkzeug, Verfahren zur Beschichtung eines Schneidwerkzeuges und Verwendung des Schneidwerkzeuges |
SE519860C2 (sv) * | 1999-04-07 | 2003-04-15 | Sandvik Ab | Sätt att tillverka ett skär bestående av en PcBN-kropp och en hårdmetall- eller cermet-substrat |
SE9903089D0 (sv) * | 1999-09-01 | 1999-09-01 | Sandvik Ab | Coated grooving or parting insert |
-
2001
- 2001-04-24 DE DE2001120046 patent/DE10120046B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-02-19 WO PCT/DE2002/000584 patent/WO2002085563A2/de active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3841731C1 (en) * | 1988-12-10 | 1990-04-12 | Krupp Widia Gmbh, 4300 Essen, De | Process for coating a tool base, and tool produced by this process |
DE4100351C2 (de) * | 1990-01-10 | 1997-03-20 | Nippon Oils & Fats Co Ltd | Spanabhebendes Schneidwerkzeug |
WO1994026469A1 (en) * | 1993-05-10 | 1994-11-24 | Kennametal Inc. | Group ivb boride based cutting tools |
DE4425796A1 (de) * | 1993-07-29 | 1995-02-02 | Balzers Hochvakuum | Beschichtetes Werkzeug und dessen Verwendung |
DE19719195A1 (de) * | 1997-05-09 | 1998-11-12 | Widia Gmbh | Schneideinsatz zum Zerspanen und Verfahren zur Herstellung dieses Schneideinsatzes |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1365045A1 (de) * | 2002-05-21 | 2003-11-26 | WALTER Aktiengesellschaft | TiBN-Beschichtung |
US7267701B2 (en) | 2002-05-21 | 2007-09-11 | Walter Aktiengesellschaft | TiBN coating |
DE102014105132A1 (de) * | 2014-04-10 | 2015-10-15 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zur Nachbearbeitung einer Großverzahnung und Wendeschneidplatte zur Nachbearbeitung einer Großverzahnung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002085563A2 (de) | 2002-10-31 |
WO2002085563A3 (de) | 2003-04-03 |
DE10120046B4 (de) | 2009-10-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19701170C2 (de) | Oberflächenbehandlungsverfahren | |
DE602004012521T2 (de) | Sinterkarbideinsatz und Method zu dessen Herstellung. | |
DE69527124T3 (de) | Harter Verbundwerkstoff für Werkzeuge | |
EP1627094B1 (de) | Werkstück mit alcr-haltiger hartstoffschicht | |
DE60026916T3 (de) | Beschichtete PCBN-Schneidewerzeuge | |
DE3346873C2 (de) | ||
DE60133705T3 (de) | Werkzeug aus einem gesinterten Bornitrid Körper mit beschichteter Oberfläche | |
DE60319295T2 (de) | PVD-beschichteter Werkzeugschneideinsatz | |
DE3211047C2 (de) | ||
DE3247246C2 (de) | ||
DE19546357C2 (de) | Harte Beschichtung mit ausgezeichneter Abriebsbeständigkeit zur Substratbeschichtung | |
EP0689617B1 (de) | Cermet und verfahren zu seiner herstellung | |
DE10135790A1 (de) | Feinkörniges Sinterhartmetall, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung | |
DE10222347C2 (de) | TiBN-Beschichtung für einen Schneideinsatz oder ein Schneidwerkzeug | |
AT8346U1 (de) | Beschichtetes werkzeug | |
DE2511242A1 (de) | Schneidwerkzeug mit laminiertem karbideinsatz | |
DE4239234A1 (de) | Werkzeug und Verfahren zur Beschichtung eines Werkzeuggrundkörpers | |
EP3380645A1 (de) | Beschichtung eines körpers mit diamantschicht und hartstoffschicht | |
DE102013113501B4 (de) | Beschichtungen für Schneidwerkzeuge | |
DE102016115784A1 (de) | Hartmetall mit einer Kobalt-Molybdänlegierung als Bindemittel | |
DE19618109A1 (de) | Starrer gesinterter Gegenstand | |
DE3039775A1 (de) | Sinter-hartmetall-erzeugnisse mit einer mehrschichtigen verschleissfesten oberflaechenbeschichtung | |
DE112014001520B4 (de) | Beschichtungen für Schneidwerkzeuge | |
DE102015115859A1 (de) | Mehrschichtig strukturierte Beschichtungen für Schneidwerkzeuge | |
DE10361321B4 (de) | Wegwerfspitze und Verfahren zu deren Herstellung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |