DE10158819B4

DE10158819B4 - Schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE10158819B4
Application number: DE10158819A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Sendai Shibata
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2021-12-01
Also published as: US20030010166A1; DE10158819A1; JP2002166307A; US6756110B2

Abstract

Schneidwerkzeug, umfassend:
einen Sintercarbid-Hauptkörper, umfassend eine harte Phase, die WC und zumindest zwei enthält, ausgewählt aus Carbiden, Nitriden und Carbonitriden von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, einschließlich Zr, und eine Bindemittelphase, umfassend zumindest ein Metall aus der Eisengruppe; und
eine Beschichtungsschicht, die auf der Oberfläche des Sintercarbid-Hauptkörpers gebildet ist,
wobei der Sintercarbid-Hauptkörper in dem Oberflächenbereich einen Bereich aufweist, bei dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers kleiner ist als ein Reduktionsverhältnis von anderen Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, das sich aus einem beschichteten Sintercarbid auf Basis von Wolframcarbid zusammensetzt, eine hohe Festigkeit und hohe Stärke aufweist und insbesondere zum Schneiden von schwer maschinierbaren Materialien, wie nicht rostendem Stahl geeignet ist.
Hintergrund der Erfindung
Als Sintercarbid für umfangreiche Verwendung als Schneidmetall ist bisher eine WC-Co-Legierung bekannt, umfassend eine harte Phase, die Wolframcarbid als Hauptkomponente enthält, und eine Bindemittelphase aus einem Metall aus der Eisengruppe wie Kobalt, oder eine Legierung, erhalten durch Zugabe von Carbiden, Nitriden oder Carbonitriden von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodesystems, zu der WC-Co-Legierung. Bei der zuletzt genannten werden Körner aus der festen Lösung, die sich aus WC und Carbiden, Nitriden oder Carbonitriden von Metall der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems zusammensetzt, zu der harten Phase und Bindemittelphase gegeben.
Aus DE 695 15 503 T2 ist ein Schneidwerkzeug aus einem Sintercarbid, -carbonitrid, -oxycarbid oder -oxycarbonitrid von Titan oder Al₂O₃ bekannt, das einen harten Bestandteil, unter anderem beispielsweise aus Zr enthält.
Diese Sintercarbide werden nun als Schneidwerkzeug hauptsächlich von Gusseisen und Kohlenstoffstahl eingesetzt. In den letzten Jahren fanden sie ebenfalls Anwendung beim Schneiden von nicht-rostendem Stahl. Der nicht-rostende Stahl wird auf verschiedenen Gebieten wegen der ausgezeichneten Korrosionsresistenz, Oxidationsresistenz und Wärmeresistenz eingesetzt. Daher erhöht sich die Verarbeitungsmenge des nicht-rostenden Stahls jedes Jahr.
Jedoch ist der nicht rostende Stahl bekannterweise ein typisches schwer maschinierbares Material wegen des Auftretens der Kalthärtung, der niedrigen thermischen Leitfähigkeit und der hohen Affinität mit.
Unter den WC-Sintercarbiden für Schneidwerkzeuge wird Sintercarbid, das im allgemeinen in die sogenannte M-Serie entsprechend JIS B 4053 (1996) klassifiziert wird, zum Schneiden von nicht-rostendem Stahl verwendet. Bei der M-Serie wird hauptsächlich WC-TiC-Ta(Nb)C-Co Sintercarbid verwendet, und TiC und Ta(Nb)C werden in einer verhältnismäßig kleinen Menge zugegeben, um eine Zähigkeit zu verleihen.
Wenn nicht-rostender Stahl selbst mit einem Schneidwerkzeug aus einem konventionellen Sintercarbid der M-Serie geschnitten wird, ist es schwierig, einen Schneidvorgang für eine lange Zeitperiode zufriedenstellend durchzuführen, weil der Abrieb des Schneidwerkzeuges stark auftritt und somit die Werkzeuglebensdauer nach kurzer Zeit beendet ist.
Zusätzlich kann die Schneidresistenz von der Oberfläche des nicht-rostenden Stahls, mit dem eine Kalthärtung durchgeführt worden ist, während des Schneidvorgangs zu einer ernsthaften Schädigung des primären Grenzbereiches führen, was zu einer kurzen Werkzeugdauer führt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Schneidwerkzeug mit einer langen Werkzeuglebensdauer anzugeben, das Verbesserungen bezüglich der Abriebsresistenz und plastischen Deformationsresistenz selbst beim Schneiden von schwer maschinierbaren Materialien wie nicht-rostendem Stahl aufweist.
Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zum Schneiden von Metall wie schwer maschinierbaren Materialien (z.B. nicht-rostenden Stahl) anzugeben.
Dieser Erfinder hat intensive Untersuchungen der oben genannten Probleme durchgeführt und die folgende Tatsache festgestellt. D.h., wenn ein Bereich, bei dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren eines Sintercarbid-Hauptkörpers kleiner ist als ein Reduktionsverhältnis von anderen Metallen, ausgewählt aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, in der Nähe der Oberfläche des Sintercarbid-Körpers gebildet wird, hat das resultierende Sintercarbid eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, ebenso wie eine ausgezeichnete Abriebsresistenz und plastische Deformationsresistenz beim Schneiden von nicht rostendem Stahl.
Ein konventionelles Schneidwerkzeug zerstört die maschinell bearbeitete Oberfläche des zu schneidenden Materials durch Auftreten von Abplatzungen des Werkzeuges, was vermutlich durch Adhäsion des Materials an der Schneidkante des Werkzeuges erfolgt. Demgegenüber kann erfindungsgemäß der Sintercarbidhauptkörper selbst verstärkt und die Abplatzresistenz ebenfalls verbessert werden, indem der oben erwähnte Bereich in dem Oberflächenbereich des Sintercarbid-Hauptkörpers gebildet wird.
Spezifisch umfasst ein Schneidwerkzeug dieser Erfindung: einen Sintercaribd-Hauptkörper, umfassend eine harte Phase aus WC und zwei oder mehrere, ausgewählt aus Carbiden, Nitriden und Carbonitriden von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, einschließlich Zr, und eine Bindemittelphase, die sich aus zumindest einem Metall der Eisengruppe zusammensetzt, und eine Beschichtungsschicht, die auf der Oberfläche des Sintercarbid-Hauptkörpers gebildet ist. Insbesondere wird ein Bereich, bei dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers kleiner ist als ein Reduktionsverhältnis von anderen Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, in dem Oberflächenbereich des Hauptkörpers gebildet.
Weiterhin wird gemäß dieser Erfindung ein Verfahren zum Schneiden von Metall wie schwer mit Maschine zu bearbeitenden Materialien (z.B. nicht-rostender Stahl) mit dem oben beschriebenen Schneidwerkzeug angegeben.
Die anderen Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden aufgrund der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Diagramm, das einen Verteilungszustand der Elemente in der Richtung der Tiefe von der Oberfläche zum Inneren zeigt, was ein beispielhaftes Ergebnis ist, erhalten durch Analysieren eines Schneidwerkzeugs dieser Erfindung mit einem XMA;
2 ist ein schematisches Diagramm des Mechanismus zur Bildung eines Bereiches, bei dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers, einschließlich einer festen Lösung vom B1-Typ, klein ist; und
3 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Analyseergebnis eines Energie-dispersiven Röntgenbeugungsmusters einer festen Lösung vom B1-Typmit einem hohen Zr-Gehalt zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Schneidwerkzeug gemäß dieser Erfindung umfasst einen Sintercarbid-Hauptkörper mit einer Beschichtungsschicht auf seiner Oberfläche. Der Sintercarbid-Hauptkörper ist aus einer harten Phase und einer Bindemittelphase hergestellt.
Die harte Phase umfasst WC und zwei oder mehr Carbide, Nitride oder Carbonitride von Metallen, ausgewählt aus den Gruppen 4a, 5a und 6a im Periodensystem, einschließlich Zr. Die harte Phase enthält bevorzugt WC und eine feste Lösung aus dem WC und zwei oder mehr Carbiden, Nitriden oder Carbonitriden von Metallen, ausgewählt aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems (ein Komplex aus Carbiden und fester Lösung oder ein Komplex aus Carbonitrid und fester Lösung). Es ist mehr bevorzugt, dass die feste Lösung Nb enthält, weil die Reduktion des Metalls der festen Lösung mit Ausnahme von Zr in dem Oberflächenbereich aufgrund des Gehaltes an Nb beschleunigt wird, wodurch der Bereich, bei dem das Reduktionsverhältnis von Zr klein ist, genau hergestellt werden kann.
Die Bindemittelphase umfasst als Hauptkomponente ein Metall aus der Eisengruppe wie Co. Die Bindemittelphase ist bevorzugt in dem Anteil von 5 bis 15 Gew.% im Sintercarbid enthalten. Wenn der Anteil an Bindemittelphase höher als der obige Bereich ist, können die Härte und die Kompressionsstärke verschlechtert werden und daher verschlechtert sich die Abriebsresistenz und die Menge an Abrieb des Schneidwerkzeugs erhöht sich. Wenn auf der anderen Seite der Anteil der Bindemittelphase niedriger ist als der obige Bereich, ist die Zähigkeit aufgrund einer unzureichenden Verbindung mit der harten Phase schlecht. Als Ergebnis können eine Abplatzung von Werkzeug während der Bearbeitung mit der Maschine erfolgen.
Bei dem Schneidwerkzeug der Erfindung ist ein Bereich, bei dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers kleiner ist als das von anderen Metallen, ausgewählt aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, in der Nähe der Oberfläche des Sintercarbid-Hauptkörpers vorhanden. Der Bereich hat eine ausgezeichnete Zähigkeit und Resistenz der plastischen Deformation bei hohen Temperaturen, wodurch die Abplatzresistenz und Abriebresistenz des Schneidwerkzeugs erhöht werden. Ein hauptsächlicher Faktor, der diese Wirkungen verursacht ist, dass Zr eine ausgezeichnete Zähigkeit und Resistenz der plastischen Deformation bei hohen Temperaturen aufweist. Weiterhin wird in dem oben erwähnten Bereich die Bindemittelphase proportional erhöht, weil die meisten Metalle der Gruppen 4a, 5a und 6a, mit Ausnahme von Zr, vermindert werden. Eine solche Erhöhung der Bindemittelphase trägt zur Verstärkung der Zähigkeit bei. Weil eine erhöhte Bindemittelphase eine geringe Menge hauptsächlich an Zr enthält, kann dies weiterhin keine nachteilige Wirkung auf die Resistenz der plastischen Deformation aufweisen. Bei dem Schneidwerkzeug dieser Erfindung hat demzufolge Zr eine ausgezeichnete Resistenz für die plastische Deformation bei hohen Temperaturen, und dieses Merkmal trägt zur Verbesserung der Abriebresistenz bei.
Das Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers kann mit einem XMA (RöntgenstrahlenMikroanalysegerät) festgestellt werden. Eine Konzentrationsverteilung eines jeden Metalls bei dem Schneidwerkzeug dieser Erfindung ist in dem Diagramm von 1 gezeigt. 1 zeigt den Zustand der Verteilung des Elements in der Richtung der Tiefe von der Oberfläche zum Inneren hin, die Abszisse bedeutet eine Tiefe von der Oberfläche, und der Wert 0 μm zeigt die Körperoberfläche an. Die Ordinate bedeutet ein Verhältnis der Röntgenbeugungspeaks zu der Größe im Inneren, d.h. ein Peak-Intensitätsverhältnis. Ein Tiefenbereich von 10 μm von der Oberfläche des Sintercarbides entspricht einer Kante der Probe. In diesem Bereich ist eine Peakgröße demzufolge im Hinblick auf das Analyseprinzip vermindert, wodurch keine genaue Größe gemessen wird. Erfindungsgemäß wird eine Position von 10 μm Tiefe von der Oberfläche des Sintercarbides als Referenzoberfläche verwendet. Bezogen auf dieses Diagramm kann ein Bereich "A", bei dem der Anteil des Peak-Intensitätsverhältnisses von Zr zu der Summe der Peak-Intensitätsverhältnisse der Metalle, ausgewählt aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, nicht weniger als 120 des Anteils des Peak-Intensitätsverhältnisses des Inneren des Körpers ist (d.h. der Bereich, bei dem die Peak-Intensität stabil ist), als Bereich definiert werden, bei dem das Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein ist. Der Grund, warum der Wert "120" verwendet wird, liegt darin, dass ein Messfehler berücksichtigt wird.
Zur Vergrößerung der Zähigkeit auf der Oberfläche des Sintercarbides ist es gewünscht, dass das Reduktionsverhältnis von Zr im Bereich "A" zu den Mengen von Zr im Inneren von 80 bis 98%, bevorzugt 85 bis 95% ist. Ebenso ist es gewünscht, dass der Bereich, bei dem das Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein ist, kontinuierlich mit einer Dicke von 5 bis 100 μm, bevorzugt 30 bis 80 μm von der Oberfläche des Hauptkörpers in Richtung zum Inneren gebildet wird. Der Grund, warum der obige Bereich bevorzugt ist, ist der folgende. Wenn der Dicke des Bereiches mit einem kleinen Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers weniger als 5 μm ist, kann die Stärke unzureichend sein und das Schneidwerkzeug kann sich plastisch deformieren und abplatzen. Wenn der Bereich 100 μm übersteigt, verschlechtert sich die Abriebresistenz, und es kann eine deutliche Zunahme beim Abrieb des Werkzeugs auftreten.
Es ist bevorzugt, dass zwei oder mehrere feste Lösungen vom B1-Typ im Sintercarbid-Hauptkörper vorhanden sind und zumindest eine feste Lösung vom B1-Typ (kubischer System-Typ) einen hohen Zr-Gehalt aufweist. Dies liegt darin, dass die feste Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt eine ausgezeichnete Zähigkeit und Resistenz der plastischen Deformation bei hohen Temperaturen aufweist.
Es ist mehr bevorzugt, dass die feste Lösung vom B1-Typ in dem Bereich vorhanden ist, in dem ein Veränderungsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein ist und die feste Lösung vom B1-Typ in einem solchen Bereich hauptsächlich die feste Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt ist. Somit kann die Wirkung zur Verbesserung der Zähigkeit und der Resistenz der plastischen Deformation bei hohen Temperaturen verstärkt werden.
2 erläutert den Mechanismus zur Bildung eines Bereiches, einschließlich der festen Lösung vom B1-Typ, bei dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein ist. In 2 wird mit 1 eine Struktur während eines Flüssigphasen-Sintervorgangs angezeigt, und mit 2 wird eine Struktur angezeigt, die nach der Kühlung gebildet ist. In der 2 bedeuten weisse Polygone WC und graue Bereiche, die die Bereiche ausfüllen, bedeuten Co. Punkte zeigen Nb an. Die Kreise mit Zr, Ti und Ta zeigen Zr, Ti bzw. Ta an, und βZ zeigt feste Lösungen vom B1-Typ mit einem hohen Zr Gehalt an. Wie aufgrund der Struktur 1 von 2 ersichtlich ist, werden während des Sinterns Metallelemente, die feste Lösungen vom B1-Typ bilden, in der flüssigen Phase von Co aufgelöst und verursachen eine Diffusion. Es wird überlegt, dass unter den Elementen, die während des Sinterns aufgelöst werden, Zr eine höhere Löslichkeit und geringe Diffusionsgeschwindigkeit hat als andere Elemente, und daher verbleibt Zr in den Bereichen der Oberfläche und verbleibt im Oberflächenbereich, wie bei der Struktur 2. Auf der anderen Seite hat Nb die Eigenschaft, dass es am meistenin der Lage ist, in Richtung zum Inneren zu diffundieren. Demgemäß kann der gewisse Bereich "A" in der Oberfläche des Sintercarbides durch Diffundieren von Nb in das Innere zusammen mit den anderen β-Metallen gebildet werden. Daher wird ein Bereich, bei dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein ist, in den Oberflächenbereichen ds Sintercarbides gebildet.
Die feste Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt bedeutet eine feste Lösung, worin das Verhältnis (h1/h2) der Peak-Intensität (h1) von Zr zur Peak-Intensität (h2) von W nicht weniger als 50%, bevorzugt 55 bis 160% in einem Energie-dispersiven Röntgenbeugungsmuster ist. 3 zeigt ein beispielhaftes Ergebnis der Energie-dispersiven Röntgenbeugung der festen Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt an. Wenn die Peak-Intensität (h1) von Zr weniger als 50% der Peak-Intensität (h2) von W ausmacht, ist die Menge von W verhältnismäßig groß. Es ist daher unmöglich, die Härte der Legierung zu erhöhen, wodurch keine hohe Abriebresistenz und plastische Deformationsresistenz entfaltet wird.
Die andere feste Lösung als die feste Lösung mit einem hohen Zr-Gehalt bedeutet eine feste Lösung, bei der ein anderes Metall als Zr, d.h. zumindest eines von Ti, V, Cr, Mo, Hf, Nb, Ta und W die höchste Peak-Intensität zeigt, und dass die Peak-Intensität von Zr weniger als 50% der obigen höchsten Peak-Intensität in dem gennantan Energie-Dispensions-Röntgenbeugungsmuster ist.
Die festen Lösungen vom B1-Typ, die einen hohen Zr-Gehalt aufweisen, sind temporär von den anderen festen Lösungen unter Anwendung des folgenden Verfahrens unterscheidbar. Ein willkürlicher Querschnitt eines Sinterkörpers wird gemahlen und poliert, unter Erhalt einer spiegelartigen Teils. Dieses Teil wird dann mit einem Murakami-Reagens geätzt und unter einem optischen Mikroskop mit einer Vergrößerung von 400 bis 1000 beobachtet. Bei diesem Beispiel variiert das Ausmaß, in dem die feste Lösung vom B1-Typ geätzt wird, in Abhängigkeit von der Zr-Menge. Daher kann die obige Unterscheidung leicht durchgeführt werden.
Das Verhältnis der festen Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt zu der anderen festen Lösung vom B1-Typ kann von einem Flächenverhältnis festgestellt werden. Im oben erwähnten Bereich sind, wenn das Flächenverhältnis der festen Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr Gehalt zu den gesamten festen Lösungen vom B1-Typ 50% oder mehr ist, die festen Lösungen vom B1-Typ in dem erwähnten Bereich hauptsächlich die feste Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt.
Das Flächenverhältnis kann wie folgt festgestellt werden. Zunächst wird das Schneidwerkzeug an einem willkürlichen Bereich geschnitten und der Querschnitt davon gemahlen und poliert, unter Erhalt einer spiegelartigen Oberfläche. Dann wird dieser spiegelartige Oberflächenbereich unter einem Elektronenmikroskop beobachtet (rückgestrahltes Elektronenbild). Bei dem resultierenden Foto des rückgestrahlten Elektronenbildes werden die feste Lösung mit einem hohen Zr-Gehalt und die andere feste Lösung mit unterschiedlichen Farben ausgedrückt, in Abhängigkeit von der Atomzahl und dem Atomgewicht der Elemente, die die Zusammensetzung der festen Lösung ausmachen. Folglich sind beide festen Lösungen unterscheidbar. Dann werden durch Bildanalyseverfahren die Flächen beider festen Lösungen in einem willkürlichen Bereich (20 μm × 20 μm) gemessen, unter Erhalt eines Flächenverhältnisses.
Es ist gewüncht, dass die feste Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt in der Legierung als eine Phase vorhanden ist, deren unterschiedliche Korngröße 3 μm oder weniger ist. Der Grund liegt darin, dass dann, wenn die Durchschnittskorngröße 3 μm übersteigt, die feste Lösung vom B1-Typ eine schlechte Benetzbarkeit mit der Bindemittelphase aufweist, wodurch die Stärke der Legierung insgesamt vermindert wird. Die optimale durchschnittliche Korngröße ist etwa 0,5 bis 1,5 μm.
Als Material der Beschichtungsschicht, die auf dem Sintercarbid-Körper geschichtet ist, können Carbide, Nitride und Carbonitride von Metallen der Grupen 4a, 5a oder 6a des Periodensystems wie TiC, TiN und TiCN, sowie TiAlN, ZrO₂ und Al₂O₃ erwähnt werden. Es ist gewünscht, dass die Beschichtungsschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 20 μm durch ein CVD-Verfahren oder PVD-Verfahren gebildet ist.
Das Sintercarbid dieser Erfindung wird wie folgt hergestellt. Als Ausgangspulver werden ein WC-Pulver, Pulver aus einem oder mehreren, ausgewählt aus ZrC, ZrN, ZrNbC und ZrWC, Pulver aus einem oder mehreren Carbiden, Nitriden und Carbonitriden von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a im Periodensystem (insbesondere ein NbC-Pulver) und ein Metallpulver der Eisengruppe wie ein Co-Pulver gewogen und miteinander vermischt. Diese Mischung wird dann gemahlen und durch ein bekanntes Formverfahren wie Pressformen geformt, mit anschließendem Sintern.
Das Sintern wird bei einer Temperatur im Bereich von 1623 bis 1823 K im Vakuum in einem Ausmass von 10 bis 10^–1 Pa für 10 min bis 2 h durchgeführt. Der Bereich, in dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein ist, kann in der Nächte der Oberfläche des Hauptkörpers zum Beispiel durch Einstellen des Anteils einer Zr-Verbindung zu allen Verbindungen, die die feste Lösung vom B1-Typ ausmachen, die ein hauptsächliches Ausgangsmaterial ist, und Verzögerung der Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von der Temperatur, bei der eine flüssige Phase auftritt, bis zur Sintertemperatur, d.h. bei einer Geschwindigkeit von 5°C/min. oder weniger gebildet werden.
Dieser Sintercarbid-Hauptkörper wird dann zu der Form eines Schneidwerkzeugs bearbeitet, mit anschließendem Waschvorgang. Eine Beschichtungsschicht wird auf die Oberfläche des Schneidwerkzeugs geschichtet.
Die jeweiligen Anteile der Ausgangsmaterialien sind wie folgt. Das WC-Pulver ist 70 bis 95 Gew.%, bevorzugt 85 bis 95 Gew.%. Das ZrC-Pulver ist 1,0 bis 6,0 Gew.%. Die Pulver aus den Verbindungen der Metalle der Gruppen 4a, 5a und 6a im Periodensystem sind 0,1 bis 20 Gew.%, bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.%. Insbesondere ist das NbC-Pulver 1,0 bis 3,0 Gew.%. Das Pulver aus dem Metall der Eisengruppe ist 5 bis 20 Gew.%, bevorzugt 5 bis 10 Gew.%.
Be ispiele
Diese Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben.
Die jeweiligen Materialpulver gemäß Tabelle 1 wurden vermischt und gemahlen. Dies wurde zu einer Form aus CNMG432 geformt und dann bei 1773 K unter Vakuum bei nicht mehr als 1 Pa eine Stunde gebrannt.
Die Verteilung der Elemente in der Richtung der Tiefe, d.h. ein Peak-Intensitätsverhältnis zum Inneren, wurde mit einem Hochgenauigkeits-WDS analysiert (Wellenlängen-Dispersions-Röntgenstrahlen-Mikroanalysegerät, JXA-8600M, hergestellt von Nihon Denshi Co., Ltd.). Die Analyse wurde in der Richtung der Tiefe in einer Fläche von etwa 250 μm parallel zu dem Oberflächenbereich durchgeführt, um Messvariationen zu vermeiden. In der Analyse wurden zumindest 4 oder mehr Stellen gemessen, unter Erhalt eines Mittelwertes. Als Referenzprobe wurde ein Werkzeug aus CNMG432 etwa 2000 μm von der Schneidoberfläche mit einer Oberflächenschneidmaschine gemahlen, mit anschließender Spiegelbearbeitung. Die resultierende Oberfläche wurde analysiert.
Basierend auf einem Elementverteilungsdiagramm, das die Analyseergebnisse zeigt, war ein Bereich, bei dem der Anteil des Peak-Intensitätsverhältnisses von Zr zu der Summe der Peak-Intensitätsverhältnisse der Metalle der Gruppen 4a, 5a und 6a im Periodensystem nicht weniger als 120% des Anteils des Peak-Intensitätsverhältnisses im Inneren des Körpers war (d.h. der Bereich, bei dem die Peakintensität stabil war) als Bereich verwendet, bei dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein war.
Eine feste Lösung vom B1-Typ, die einen hohen Zr-Gehalt hatte, wurde temporär von anderen festen Lösungen vom B1-Typ durch Anwendung des folgenden Verfahrens unterschieden. Ein willkürlicher Querschnitt eines Sinterkörpers wurde gemahlen und poliert, unter Erhalt eines spiegelartigen Teils. Dieses Teil wurde dann mit einem Murakami-Reagens geätzt und unter einem optischen Mikroskop bei einer Vergrößerung von 400 bis 1000 beobachtet. In diesem Beispiel variierte das Ausmaß, in den die feste Lösung vom B1-Typ geätzt wurde, in Abhängigkeit von der Zr-Menge. Daher konnte die feste Lösung vom B1-Typ leicht unterschieden werden.
Zur Identifizierung der festen Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt wurden Proben durch Durchführung einer Spiegelbearbeitung mit der Mahloberfläche hergestellt. Im Hinblick auf einen willkürlichen Bereich einer individuellen Probe (20 μm × 20 μm) für die Beobachtung mit einem SEM-Elektronenmikroskop (rückgestrahltes Elektronenbild) wurde die feste Lösung, die bezüglich der Farbe von der anderen festen Lösung von B1-Typ (graue Farbe) unterschiedlich war, als feste Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt bestimmt. Weiterhin wurde der Zr-Gehalt mit einem Röntgenstrahlen-Mikroanalysegerät (PV9800) gemessen. Wenn eine Röntgenstrahlenpeak-Intensität von Zr nicht weniger als 50% von der von W war, wurde dies als feste Lösung mit einem hohen Zr-Gehalt angesehen.
Für den Erhalt der Proportionen der festen Lösungen vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt und der anderen festen Lösungen vom B1-Typ wurden die Flächen der festen Lösungen vom B1-Typ mit unterschiedlichen Farben bei der Beobachtung mit dem SEM-Elektronenmikroskop durch ein Bildanalyseverfahren gemessen. Basierend auf den erhaltenen Bildern wurde ein mittlerer Korndurchmesser der festen Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt erhalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Jeder Sinterkörper, der somit erhalten wurde, wurde in die Form eines Schneidwerkzeugs bearbeitet. Das Schneidwerkzeug wurde dann mit einer Membran aus einem Titan-Aluminiumoxid-Zusammensetzungsverbund, mit etwa 5 μm durch ein CVD-Verfahren beschichtet.
Testbeispiel
Mit einem individuellen Schneidwerkzeug wurde ein nicht rostender Stahl geschnitten. Der Seitenabrieb des Schneidwerkzeugs (verursacht durch direkte Friktion des zu bearbeitenden Materials auf der Seitenfläche des Werkzeugs) wurde gemessen. Die Schneidbedingungen waren wie folgt.

Zu schneidendes Materials: SUS304
Werkzeugform: CNMG432
Schneidrate: 200 m/min
Zuführrate: 0,2 mm/rev.
Tiefe des Schnitts: 2 mm
Schneidlösung: Verwendet (wasserlöslich)
Schneidzeit: ein 40 Sekunden-Schnitt pro Durchführung,
15malige Wiederholung (10 Minuten)

Zur Auswertung der Resistenz der plastischen Deformation und der Abplatzresistenz des Schneidwerkzeugs wurden das Vorhandensein oder die Abwesenheit der Deformation und eine Schädigung beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2

Die mit * gekennzeichneten Probennummern fallen nicht in den Rahmen dieser Erfindung.

Wie aus 2 ersichtlich ist, waren die Proben Nr.1 bis 4 und 7, die jeweils das Produkt dieser Erfindung sind, ausgezeichnet bezüglich der Abriebresistenz ebenso wie der Resistenz gegenüber plastischer Deformation und der Abplatzresistenz. Beim Schneidversuch unter den angegebenen Bedingungen wurde beurteilt, dass das Produkt eine praktische Abriebresistenz hat, wenn der Flankenabrieb nicht mehr als 0,25 mm ausmachte.
Die Probe Nr.4, bei der der Korndurchmesser der festen Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt 3,8 μm war, entfaltete eine ausgezeichnete Leistung unter den erwähnten Bedingungen, jedoch wurde ein Abplatzen verursacht, wenn die Zuführrate auf 0,3 mm/rev. erhöht wurde. Ebenso hatte die Probe Nr. 7 einen Bereich, bei dem das Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein war, die Dicke war 140 μm, und ein etwas größerer Abtrieb trat auf.
Im Gegensatz dazu haben die Vergleichsbeispiele Nr. 5, 6 und 8, die jeweils keinen Bereich haben, worin das Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein war, eine schlechte Resistenz der plastischen Deformation, Abplatzresistenz und Abriebresistenz. Insbesondere hatte die Vergleichsprobe 8 eine schlechte Abriebresistenz, weil die Menge des Abriebs 0,25 mm überstieg. Die Vergleichsproben 6 und 8 hatten eine schlechte Resistenz der plastischen Deformation aufgrund der Deformation. Die Vergleichsproben Nr. 5 und 6 hatten eine schlechte Abplatzresistenz.

Claims

Schneidwerkzeug, umfassend: einen Sintercarbid-Hauptkörper, umfassend eine harte Phase, die WC und zumindest zwei enthält, ausgewählt aus Carbiden, Nitriden und Carbonitriden von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, einschließlich Zr, und eine Bindemittelphase, umfassend zumindest ein Metall aus der Eisengruppe; und eine Beschichtungsschicht, die auf der Oberfläche des Sintercarbid-Hauptkörpers gebildet ist, wobei der Sintercarbid-Hauptkörper in dem Oberflächenbereich einen Bereich aufweist, bei dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers kleiner ist als ein Reduktionsverhältnis von anderen Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems.
Werkzeug nach Anspruch 1, worin in dem Sintercarbid-Hauptkörper zumindest zwei feste Lösungen vom B1-Typ vorhanden sind, wobei eine eine feste Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt ist.
Werkzeug nach Anspruch 2, worin eine feste Lösung vom B1-Typ in einem Bereich vorhanden ist, bei dem ein Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein ist, und worin die feste Lösung vom B1-Typ in dem Bereich hauptsächlich die feste Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt ist.
Werkzeug nach Anspruch 1, worin Nb als ein Metall der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems enthalten ist.
Werkzeug nach Anspruch 1, worin der Bereich, bei dem das Reduktionsverhältnis von Zr zum Inneren des Sintercarbid-Hauptkörpers klein ist, eine Dicke von 5 bis 100 μm aufweist.
Werkzeug nach Anspruch 2, worin die feste Lösung vom B1-Typ mit einem hohen Zr-Gehalt in dem Sintercarbid-Hauptkörper einen mittleren Korndurchmesser von nicht mehr als 3 μm hat.
Verfahren zum Schneiden eines Metalls mit einem Schneidwerkzeug nach Anspruch 1.
Verfahren nach Anspruch 7, worin das Metall ein schwer bearbeitbares Material ist.
Verfahren nach Anspruch 8, worin das schwer bearbeitbare Material ein nicht-rostender Stahl ist.