DE102021203039A1

DE102021203039A1 - Beschichtetes schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE102021203039A1
Application number: DE102021203039.4A
Authority: DE
Inventors: Tsukasa Shirochi; Naoyuki Fukushima
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2021-09-30
Also published as: JP7051052B2; US11433459B2; US20210299758A1; JP2021160017A

Abstract

Bereitstellung eines beschichteten Schneidwerkzeugs mit hervorragender Bruchfestigkeit, welches somit die Verlängerung einer Standzeit ermöglicht.[Mittel zur Lösung]Ein beschichtetes Schneidwerkzeug mit einem Hartmetall und einer auf dem Hartmetall ausgebildeten Überzugsschicht. Das beschichtete Schneidwerkzeug weist eine Spanfläche, eine Freifläche und einen Schneidkantenlinienteil auf, welcher sich zwischen der Spanfläche und der Freifläche befindet. Die Überzugsschicht weist eine Verbundschicht auf, welche eine Verbindung mit einer durch (AlxTi1-x)N dargestellten Zusammensetzung enthält. Die durchschnittliche Dicke T1der Überzugsschicht in dem Schneidkantenlinienteil und die durchschnittliche Dicke T2der Überzugsschicht in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position liegen innerhalb konkreter Bereiche und erfüllen T2< Ti. Die Eigenspannung S1des Hartmetalls in dem Schneidkantenlinienteil und die Eigenspannung S2des Hartmetalls in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position erfüllen S2< S1.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein beschichtetes Schneidwerkzeug.
Technischer Hintergrund
Herkömmlicherweise ist bekannt, dass ein beschichtetes Schneidwerkzeug, welches eine Überzugsschicht aufweist, welche durch ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren mit einer Gesamtdicke von 3 bis 20 µm auf der Oberfläche eines Hartmetallsubstrats abgeschieden wird, für die Schneidverarbeitung von Stahl, Gusseisen oder dergleichen verwendet wird. Als die oben beschriebene Überzugsschicht wird zum Beispiel eine Überzugsschicht verwendet, welche aus einer einzelnen Schicht oder zwei oder mehr Schichten gebildet ist, welche aus der Gruppe bestehend aus Ti-Carbiden, -Nitriden, -Carbonitriden, -Oxicarbiden, - Oxicarbonitriden und Aluminiumoxid (Al₂O₃) ausgewählt sind.
Außerdem ist ein beschichtetes Werkzeug mit einer Nitridschicht auf Ti-Al-Basis bekannt, welche durch ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren auf der Oberfläche eines Substrats aus einem Hartmetall oder einem Sinterkörper aus kubischem Bornitrid abgeschieden wird, und solche Werkzeuge sind dafür bekannt, eine hervorragende Verschleißfestigkeit zu haben. Obwohl das oben beschriebene herkömmliche beschichtete Werkzeug, welches eine durch ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren gebildete Nitridschicht auf Ti-Al-Basis aufweist, eine verhältnismäßig hervorragende Verschleißfestigkeit aufweist, tritt in dem Fall, in dem ein solches Werkzeug unter Schneidbedingungen verwendet wird, in denen die Verarbeitung bei hoher Geschwindigkeit erfolgt und das Werkzeug intermittierend belastet wird, jedoch wahrscheinlich Rissbildung auf. Somit wurden verschiedene Vorschläge für die Verbesserung einer Überzugsschicht unterbereitet.
Zum Beispiel beschreibt PTL 1 ein oberflächenbeschichtetes Schneidwerkzeug mit einer harten Überzugsschicht, aufweisend mindestens zwei Schichten, eine obere Schicht (α) und eine untere Schicht (β), welche auf der Oberfläche einer Werkzeugbasis ausgebildet sind, welche aus einem Hartmetall auf WC-Basis, einem Cermet auf TiCN-Basis oder einem Ultrahochdruck-Sinterkörper auf cBN-Basis gebildet ist. Das oberflächenbeschichtete Schneidwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass (a) die obere Schicht (α) aus einer Al₂O₃-Schicht mit einer Kristallstruktur vom α-Typ gebildet ist, (b) die untere Schicht (β) aus einer Ti-Al-Verbund-Nitridschicht oder -Verbund-Carbonitridschicht gebildet ist, (c) die Ti-Al-Verbund-Nitridschicht oder -Verbund-Carbonitridschicht zumindest eine Kristallschicht mit einer flächenzentrierten kubischen Struktur vom NaCl-Typ aufweist, (d) wenn die Dicke der oberen Schicht (α) in der Schneidkantenlinie als Tα₁ ausgedrückt wird und die Dicke an einem 500 µm von der Schneidkantenlinie in Richtung der Spanfläche entfernten Punkt als Tα₂ ausgedrückt wird, Tα₁ und Tα₂ jeweils 0,0 bis 5,0 µm und 1,0 bis 20,0 µm erfüllen und zudem Tα₁ < Tα₂ erfüllen und (e) wenn die Dicke der unteren Schicht (β) in der Schneidkantenlinie als Tβ₁ ausgedrückt wird und die Dicke an einem 500 µm von der Schneidkantenlinie in Richtung der Spanfläche entfernten Punkt als Tβ₂ ausgedrückt wird, Tβ₁ und Tβ₂jeweils 1,0 bis 20,0 µm. erfüllen und zudem Tβ₂< Tβ₁ erfüllen.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP-A-2019-155570
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Schneidverarbeitung der jüngsten Zeit haben höhere Geschwindigkeit, höherer Vorschub und tieferer Schnitt an Bedeutung gewonnen und Werkzeuge müssen eine bessere Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit als zuvor aufweisen. Außerdem erfolgt aufgrund der Komplikation der Verarbeitungsform im Vergleich zu vorher in zunehmendem Maße eine Verarbeitung, bei der das Werkzeug intermittierend belastet wird. Unter solch schweren Schneidbedingungen kann in herkömmlichen Werkzeugen Bruch aufgrund von thermischer Rissbildung auftreten.
Eine durch ein chemisches Abscheidungsverfahren gebildete Überzugsschicht weist für gewöhnlich eine hervorragende Streufähigkeit auf und die Dicke davon ist von dem Schneidkantenlinienteil bis um das Loch in der Mitte des Einsatzes herum im Wesentlichen dieselbe. Außerdem verringert sich in dem Fall, in dem eine Nitridschicht auf Ti-Al-Basis durch ein chemisches Abscheidungsverfahren gebildet wird, tendenziell die Druckspannung des Substrats aus einem Hartmetall, da die Bildungstemperatur niedrig ist. Dies liegt daran, dass sich in dem Fall, in dem eine Nitridschicht auf Ti-Al-Basis bei einer niedrigen Temperatur gebildet wird, die Differenz des Wärmeausdehnungsgrads zwischen der Überzugsschicht und dem Hartmetallsubstrat verringert und sich die Druckspannung des HartmetallSubstrats verringert. Folglich kommt es in dem erlangten beschichteten Schneidwerkzeug tendenziell vor, dass sich die Festigkeit des Einsatzes verringert und sich die Bruchfestigkeit verringert. Als Gegenmaßnahme gegen eine solche Tendenz wurde zum Beispiel eine Verringerung der Festigkeit des Einsatzes durch eine Behandlung wie etwa Trockenstrahlen oder Nassstrahlen unterbunden. Selbst wenn schlicht eine Behandlung wie etwa Trockenstrahlen oder Nassstrahlen erfolgt, kann es unter den oben genannten Schneidbedingungen jedoch zum Beispiel vorkommen, dass thermische Rissbildung an der beim Verarbeiten verwendeten Ecke des Einsatzes auftritt und sich solche Risse selbst zu unverwendeten Ecken ausbreiten, was zum Bruch des Einsatzes führt.
Folglich kann es unmöglich werden, unverwendete Ecken zum Schneiden zu verwenden. Außerdem kann das Auftreten von thermischer Rissbildung in der frühen Verarbeitungsphase zu Bruch führen. Dies ruft eine Schwierigkeit beim Verlängern der Standzeit des beschichteten Schneidwerkzeugs hervor. Dies liegt vermutlich an dem Einfluss der Dicke der Überzugsschicht und der Eigenspannung des Substrats.
Das in PTL 1 beschriebene oberflächenbeschichtete Schneidwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Dicke der unteren Schicht (β) in der Schneidkantenlinie als Tβ₁ ausgedrückt wird und die Dicke an einem 500 µm von der Schneidkantenlinie in Richtung der Spanfläche entfernten Punkt als Tβ₂ausgedrückt wird, Tβ₁ und Tβ₂ 1,0 bis 20,0 µm erfüllen und zudem Tβ₂< Tβ₁ erfüllen. Ein solches oberflächenbeschichtetes Schneidwerkzeug ist beim Verbessern von Verschleißfestigkeit erwartungsgemäß wirksam. Obwohl das in PTL 1 beschriebene oberflächenbeschichtete Schneidwerkzeug eine hervorragende Wärmeisolierung aufweist, da die obere Schicht (α) eine Al₂O₃-Schicht mit einer Kristallstruktur vom α-Typ ist, unterscheidet sich in dem Fall, in dem Bruch auftritt, die Art und Weise, auf die Wärme an das Substrat übertragen wird, zwischen einem Teil, in dem die Al₂O₃-Schicht verleibt, und einem Teil, in dem die Schicht verloren gegangen ist. Dementsprechend kann thermische Rissbildung auftreten, was es unmöglich macht, die Standzeit zu verlängern. Außerdem offenbart PTL 1 nicht die Wirkung des Steuerns der Eigenspannung eines Hartmetalls relativ zu jedem des Schneidkantenlinienteils und der Spanfläche. Außerdem wird bei dem in PTL 1 beschriebenen Verfahren zur Produktion eines oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugs eine Überzugsschicht abgeschieden und dann einer Nassstrahlbehandlung unterzogen. Es kann jedoch schwierig sein, einem Substrat durch eine Nassstrahlbehandlung Druckspannung zu verleihen. Dies liegt vermutlich an dem Einfluss der geringen Größe des Strahlmaterials.
Die Erfindung erfolgte im Hinblick auf den oben genannten Stand der Technik und eine Aufgabe davon besteht in der Bereitstellung eines beschichteten Schneidwerkzeugs mit hervorragender Bruchfestigkeit, welches somit die Verlängerung einer Standzeit ermöglicht.
Lösung des Problems
Die vorliegenden Erfinder haben Studien bezüglich der Verlängerung der Standzeit eines beschichteten Schneidwerkzeugs durchgeführt. Folglich haben sie das Folgende ermittelt und somit die Erfindung verwirklicht. Das heißt, wenn ein beschichtetes Schneidwerkzeug mit einer konkreten Ausgestaltung versehen ist, wird zum Beispiel selbst unter Schneidbedingungen, in denen das Werkzeug intermittierend belastet wird, das Auftreten von thermischer Rissbildung unterbunden, wodurch die Bruchfestigkeit verbessert werden kann. Folglich kann die Standzeit der beschichteten Schneidwerkzeuge verlängert werden.
Das heißt, die Erfindung ist wie folgt.
[1] Beschichtetes Schneidwerkzeug mit einem Hartmetall und einer auf dem Hartmetall ausgebildeten Überzugsschicht,
wobei das beschichtete Schneidwerkzeug derart eingerichtet ist, dass
das beschichtete Schneidwerkzeug eine Spanfläche, eine Freifläche und einen Schneidkantenlinienteil aufweist, welcher sich zwischen der Spanfläche und der Freifläche befindet,
die Überzugsschicht eine Verbundschicht aufweist, welche eine Verbindung mit einer durch die folgende Formel (1) dargestellten Zusammensetzung enthält: (Al_xTi_1-x)N (1) (in Formel (1) steht x für das Atomverhältnis von elementarem Al relativ zu der Gesamtheit von elementarem Al und elementarem Ti und erfüllt 0,70 ≤ x ≤ 0,90),
wenn die durchschnittliche Dicke der Überzugsschicht in dem Schneidkantenlinienteil als T₁ ausgedrückt wird und die durchschnittliche Dicke der Überzugsschicht in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position als T₂ ausgedrückt wird, T₁ 4,0 µm oder mehr und 10,0 µm oder weniger beträgt, T₂ 2,0 µm oder mehr und 7,0 µm oder weniger beträgt und T₂ < T₁ erfüllt ist, und
wenn die Eigenspannung des Hartmetalls in dem Schneidkantenlinienteil als S₁ ausgedrückt wird und die Eigenspannung des Hartmetalls in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position als S₂ ausgedrückt wird, S₂ < S₁ erfüllt ist.
[2] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach [1], wobei die Eigenspannung S₁ -0,5 GPa oder mehr und 0,0 GPa oder weniger beträgt und die Eigenspannung S₂ -2,0 GPa oder mehr und -0,3 GPa oder weniger beträgt.
[3] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach [1] oder [2], wobei die Differenz T₁ - T₂ zwischen der durchschnittlichen Dicke T₁ und der durchschnittlichen Dicke T₂ 1,0 µm oder mehr und 4,0 µm oder weniger beträgt.
[4] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem von [1] bis [3], wobei in dem Hartmetall der Anteil von Messpunkten, an denen Wolframcarbid (WC) einen KAM-Wert von 1° oder weniger aufweist, 90% oder mehr und 98% oder weniger beträgt.
[5] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem von [1] bis [4], wobei das Hartmetall auf einer WC-Phase basiert, Co in einem Anteil von 5,0 Massen-% oder mehr und 15,0 Massen-% oder weniger enthält und Cr in einem Anteil von 0,3 Massen- % oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger als Cr₃C₂ enthält.
[6] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem von [1] bis [5], wobei die Überzugsschicht eine untere Schicht zwischen dem Hartmetall und der Verbundschicht aufweist, welche eine Ti-Verbindung, aufweisend elementares Ti und mindestens ein Element, welches aus der Gruppe bestehend aus C, N, O und B ausgewählt ist, enthält.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Das beschichtete Schneidwerkzeug der Erfindung weist eine hervorragende Bruchfestigkeit auf und ermöglicht somit die Verlängerung einer Standzeit.
Figurenliste

[1] Eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels des beschichteten Schneidwerkzeugs der Erfindung.
[2] Eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels einer chemischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung, welche bei der Produktion des beschichteten Schneidwerkzeugs der Erfindung zum Bilden einer Überzugsschicht verwendet wird.
[3] Eine schematische Querschnittsansicht zur Vergrößerung des Nahbereichs einer Gaseinleitungsvorrichtung in der chemischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung aus 2.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Art und Weise zur Verwirklichung der Erfindung (im Folgenden schlicht als „diese Ausführungsform“ bezeichnet) soweit notwendig unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese nachstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Ohne vom Kerninhalt der Erfindung abzuweichen, können verschiedene Modifikationen daran vorgenommen werden. Im Übrigen basieren in den Zeichnungen, sofern nichts Anderslautendes angegeben ist, die Positionsverhältnisse wie etwa oben, unten, rechts und links auf den in den Zeichnungen dargestellten Positionsverhältnissen. Ferner sind die Abmessungsverhältnisse in den Zeichnungen nicht auf die veranschaulichten Verhältnisse beschränkt.
Das beschichtete Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform weist ein Hartmetall und eine auf dem Hartmetall ausgebildete Überzugsschicht auf und weist eine Spanfläche, eine Freifläche und einen Schneidkantenlinienteil auf, welcher sich zwischen der Spanfläche und der Freifläche befindet. Die Überzugsschicht weist eine Verbundschicht auf, welche eine Verbindung mit einer durch die folgende Formel (1) dargestellten Zusammensetzung enthält: (Al_xTi_1-x) N (1) (in Formel (1) steht x für das Atomverhältnis von elementarem Al relativ zu der Gesamtheit von elementarem Al und elementarem Ti und erfüllt 0,70 ≤ x ≤ 0,90).
Wenn die durchschnittliche Dicke der Überzugsschicht in dem Schneidkantenlinienteil als T₁ ausgedrückt wird und die durchschnittliche Dicke der Überzugsschicht in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position als T₂ ausgedrückt wird, beträgt T₁ 4,0 µm oder mehr und 10,0 µm oder weniger, T₂ beträgt 2,0 µm oder mehr und 7,0 µm oder weniger und T₂ < T₁ ist erfüllt, und wenn die Eigenspannung des Hartmetalls in dem Schneidkantenlinienteil als S₁ ausgedrückt wird und die Eigenspannung des Hartmetalls in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position als S₂ ausgedrückt wird, ist S₂ < S₁ erfüllt.
Da das beschichtete Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform die obenstehende Ausgestaltung aufweist, kann zum Beispiel selbst unter Schneidverarbeitungsbedingungen, in denen das Werkzeug intermittierend hochbelastet wird, das Auftreten von thermischer Rissbildung unterbunden werden. Dementsprechend kann in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform die Bruchfestigkeit verbessert werden und zudem kann der Bruch unverwendeter Ecken unterbunden werden. Folglich kann die Standzeit verlängert werden und die Zuverlässigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs kann gesteigert werden. In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform ist der Faktor, welcher es möglich macht, die Bruchfestigkeit zu verbessern und zudem den Bruch unverwendeter Ecken zu unterbinden, vermutlich wie folgt. Die Erfindung ist jedoch keineswegs durch den folgenden Faktor beschränkt. Das heißt, erstens verbessert sich in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform in der Verbundschicht, welche eine Verbindung mit einer durch die obenstehende Formel (1) dargestellten Zusammensetzung enthält, wenn das Atomverhältnis x von elementarem Al in der obenstehenden Formel (1) 0,70 oder mehr beträgt, die Härte aufgrund von Mischkristallhärtung, was zu verbesserter Verschleißfestigkeit führt. Außerdem verbessert sich mit einer Erhöhung des Al-Gehalts die Oxidationsbeständigkeit. Folglich verbessert sich in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform die Kolkverschleißfestigkeit, wodurch eine Verringerung der Festigkeit der Schneidkante unterbunden werden kann und sich die Bruchfestigkeit verbessert. Außerdem ist in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform in der Verbundschicht, welche eine Verbindung mit einer durch die obenstehende Formel (1) dargestellten Zusammensetzung enthält, wenn das Atomverhältnis x von elementarem Al in der obenstehenden Formel (1) 0,90 oder weniger beträgt, Ti enthalten. Folglich verbessert sich die Zähigkeit, wodurch das Auftreten von thermischer Rissbildung unterbunden werden kann und sich die Bruchfestigkeit verbessert.
Außerdem verbessert sich in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform, wenn die durchschnittliche Dicke T₁ der Überzugsschicht in dem Schneidkantenlinienteil 4,0 µm oder mehr beträgt, die Verschleißfestigkeit und gleichzeitig verbessert sich, wenn T₁ 10,0 µm oder weniger beträgt, die Haftung an dem Hartmetall, wodurch das Auftreten von thermischer Rissbildung unterbunden werden kann und sich die Bruchfestigkeit verbessert.
Außerdem kann in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform, wenn die durchschnittliche Dicke T₂ der Überzugsschicht in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position 2,0 µm oder mehr beträgt, eine anomale Beschädigung aufgrund von Kratzern durch Späne verhindert werden und gleichzeitig kann, wenn T₂ 7,0 µm oder weniger beträgt, dem Hartmetall durch eine Behandlung nach dem Bilden der Überzugsschicht (z.B. Trockenstrahlen, Shot Peening) wirksam eine Eigenspannung verliehen werden.
Ferner verbessert sich in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform, wenn die durchschnittliche Dicke T₁ der Überzugsschicht in dem Schneidkantenlinienteil größer als die durchschnittliche Dicke T₂ der Überzugsschicht in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position ist, das heißt, wenn T₂ < T₁ erfüllt ist, die Verschleißfestigkeit und zudem kann das Auftreten von thermischer Rissbildung unterbunden werden. Dementsprechend kann das Auftreten von Bruch, welcher andere Ecken erreichen wird, unterbunden werden.
Noch ferner wird in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform, wenn die Eigenspannung S₂ des Hartmetalls in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position geringer als die Eigenspannung S₁ des Hartmetalls in dem Schneidkantenlinienteil ist, das heißt, wenn S₂ < S₁ erfüllt ist, eine unterbindende Wirkung bezüglich der Ausbreitung von in dem Schneidkantenlinienteil gebildeten Rissen in das Innere des beschichteten Schneidwerkzeugs während einer Schneidverarbeitung erzielt. Dementsprechend kann das Auftreten von thermischer Rissbildung unterbunden werden und die Bruchfestigkeit verbessert sich. Dies liegt vermutlich daran, dass der Wert der Eigenspannung S₂ des Hartmetalls in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position von der Eigenspannung S₁ des Hartmetalls in dem Schneidkantenlinienteil aus auf einer Druckspannungsseite liegt.
Dann verbessert sich vermutlich infolge eines Kombinierens dieser Ausgestaltungen in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform die Bruchfestigkeit und zudem kann der Bruch unverwendeter Ecken unterbunden werden, was es möglich macht, die Standzeit zu verlängern.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels des beschichteten Schneidwerkzeugs dieser Ausführungsform. Ein beschichtetes Schneidwerkzeug 4 weist ein Hartmetall 1 und eine Verbundschicht 2 (Überzugsschicht 3) auf, welche auf der Oberfläche des Hartmetalls 1 ausgebildet ist.
Das beschichtete Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform weist ein Hartmetall und eine auf dem Hartmetall ausgebildete Überzugsschicht auf. Als konkrete Typen von beschichteten Schneidwerkzeugen können austauschbare Schneideinsätze zum Fräsen oder Drehen, Bohrer und Stirnfräser genannt werden.
Das Hartmetall zur Verwendung in dieser Ausführungsform kann eine modifizierte Oberfläche aufweisen. Zum Beispiel kann eine de-β-Schicht auf der Oberfläche des Hartmetalls ausgebildet sein. Selbst wenn das Hartmetall eine solche modifizierte Oberfläche aufweist, wird die Betriebswirkung der Erfindung erzeugt.
<Überzugsschicht>
Die Überzugsschicht zur Verwendung in dieser Ausführungsform weist eine Verbundschicht auf, welche eine Verbindung mit einer durch die folgende Formel (1) dargestellten Zusammensetzung enthält: (Al_xTi_1-x) N (1) (in Formel (1) steht x für das Atomverhältnis von elementarem Al relativ zu der Gesamtheit von elementarem Al und elementarem Ti und erfüllt 0,70 ≤ x ≤ 0,90).
In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform verbessert sich in der Verbundschicht, welche eine Verbindung mit einer durch die obenstehende Formel (1) dargestellten Zusammensetzung enthält, wenn x in der obenstehenden Formel (1) 0,70 oder mehr beträgt, die Härte aufgrund von Mischkristallhärtung, was zu verbesserter Verschleißfestigkeit führt. Außerdem verbessert sich mit einer Erhöhung des Al-Gehalts die Oxidationsbeständigkeit. Folglich verbessert sich in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform die Kolkverschleißfestigkeit, wodurch eine Verringerung der Festigkeit der Schneidkante unterbunden wird, und somit verbessert sich die Bruchfestigkeit. Indes ist in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform in der Verbundschicht, welche eine Verbindung mit einer durch die obenstehende Formel (1) dargestellten Zusammensetzung enthält, wenn x in der obenstehenden Formel (1) 0,90 oder weniger beträgt, Ti enthalten. Folglich verbessert sich die Zähigkeit, wodurch das Auftreten von thermischer Rissbildung unterbunden werden kann und sich die Bruchfestigkeit verbessert. In dieser Hinsicht beträgt x in der obenstehenden Formel (1) vorzugsweise 0,71 oder mehr und 0,89 oder weniger und ferner bevorzugt 0,71 oder mehr und 0,88 oder weniger.
In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform beträgt, wenn die durchschnittliche Dicke der Überzugsschicht in dem Schneidkantenlinienteil als T₁ ausgedrückt wird und die durchschnittliche Dicke der Überzugsschicht in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position als T₂ ausgedrückt wird, die durchschnittliche Dicke T₁ 4,0 µm oder mehr und 10,0 µm oder weniger, die durchschnittliche Dicke T₂ beträgt 2,0 µm oder mehr und 7,0 µm oder weniger und T₂ < T₁ ist erfüllt.
In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform verbessert sich, wenn die durchschnittliche Dicke T₁ 4,0 µm oder mehr beträgt, die Verschleißfestigkeit und gleichzeitig verbessert sich, wenn die durchschnittliche Dicke T₁ 10,0 µm oder weniger beträgt, die Haftung an dem Hartmetall, wodurch das Auftreten von thermischer Rissbildung unterbunden werden kann und sich die Bruchfestigkeit verbessert. In dieser Hinsicht beträgt die durchschnittliche Dicke T₁ vorzugsweise 4,4 µm oder mehr und 9,8 µm oder weniger und ferner bevorzugt 4,8 µm oder mehr und 9,8 µm oder weniger.
Außerdem kann in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform, wenn die durchschnittliche Dicke T₂ 2,0 µm oder mehr beträgt, eine anomale Beschädigung aufgrund von Kratzern durch Späne verhindert werden und gleichzeitig kann, wenn die durchschnittliche Dicke T₂ 7,0 µm oder weniger beträgt, durch eine Behandlung nach dem Bilden der Überzugsschicht (z.B. Trockenstrahlen, Shot Peening) dem Hartmetall wirksam eine Eigenspannung verliehen werden. In dieser Hinsicht beträgt die durchschnittliche Dicke T₂ vorzugsweise 2,0 µm oder mehr und 6,8 µm oder weniger und ferner bevorzugt 3,0 µm oder mehr und 6,8 µm oder weniger.
Ferner verbessert sich in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform, wenn T₂ < T₁ erfüllt ist, die Verschleißfestigkeit und zudem kann das Auftreten von thermischer Rissbildung unterbunden werden. Dementsprechend kann das Auftreten von Bruch, welcher andere Ecken erreichen wird, unterbunden werden.
Noch ferner ist es in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform bevorzugt, dass die Differenz (T₁ - T₂) zwischen der durchschnittlichen Dicke T₁ und der durchschnittlichen Dicke T₂ 1,0 µm oder mehr und 4,0 µm oder weniger beträgt. In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform ist, wenn T₁ - T₂ 1,0 µm oder mehr beträgt, die unterbindende Wirkung bezüglich des Auftretens von Bruch, welcher andere Ecken erreichen wird, tendenziell markanter und gleichzeitig ist, wenn T₁ - T₂ 4,0 µm oder weniger beträgt, das Gleichgewicht zwischen Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit tendenziell hervorragender. In dieser Hinsicht beträgt T₁ - T₂ ferner bevorzugt 1,2 µm oder mehr und 4,0 µm oder weniger.
Im Übrigen kann in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform die durchschnittliche Dicke der Überzugsschicht an jedem Abschnitt durch Messen der Dicken der Überzugsschicht an jedem Abschnitt ausgehend von Querschnitten der Überzugsschicht an drei oder mehr Punkten an jedem Abschnitt und Berechnen des arithmetischen Mittels bestimmt werden.
Außerdem weist in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform die Spanfläche vorzugsweise eine Länge von 3,5 mm oder mehr und 20,0 mm oder weniger von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche auf. Die Länge beträgt ferner bevorzugt 3,9 mm oder mehr und 18,0 mm oder weniger.
Außerdem weist die Überzugsschicht zur Verwendung in dieser Ausführungsform vorzugsweise zwischen dem Hartmetall und der Verbundschicht eine untere Schicht auf, welche eine Ti-Verbindung, aufweisend elementares Ti und mindestens ein Element, welches aus der Gruppe bestehend aus C, N, O und B ausgewählt ist, enthält. In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform verbessert sich, wenn die Überzugsschicht eine untere Schicht, welche eine Ti-Verbindung enthält, zwischen dem Hartmetall und der Verbundschicht aufweist, tendenziell die Verschleißfestigkeit. Konkrete Beispiele von in der unteren Schicht enthaltenen Ti-Verbindungen sind nicht konkret beschränkt und es können zum Beispiel eine TiC-Schicht, eine TiN-Schicht, eine TiCN-Schicht, eine TiCNO-Schicht und dergleichen genannt werden.
Die durchschnittliche Dicke der unteren Schicht beträgt vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und 2,0 µm oder weniger, ferner bevorzugt 0,2 µm oder mehr und 1,5 µm oder weniger und noch ferner bevorzugt 0,2 µm oder mehr und 1,0 µm oder weniger. In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform verbessert sich, wenn die durchschnittliche Dicke der unteren Schicht innerhalb des oben genannten Bereichs liegt, tendenziell die Verschleißfestigkeit.
<Hartmetall>
In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform ist, wenn die Eigenspannung des Hartmetalls in dem Schneidkantenlinienteil als S₁ ausgedrückt wird und die Eigenspannung des Hartmetalls in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position als S₂ ausgedrückt wird, S₂ < S₁ erfüllt. In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform wird, wenn S₂ < S₁ erfüllt ist, eine unterbindende Wirkung bezüglich der Ausbreitung von in dem Schneidkantenlinienteil gebildeten Rissen in das Innere des beschichteten Schneidwerkzeugs während einer Schneidverarbeitung erzielt. Dementsprechend kann das Auftreten von thermischer Rissbildung unterbunden werden und die Bruchfestigkeit verbessert sich. Dies liegt vermutlich daran, dass der Wert der Eigenspannung S₂ von der Eigenspannung S₁ aus auf einer Druckspannungsseite liegt.
Außerdem beträgt in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform die Eigenspannung S₁ vorzugsweise -0,5 GPa oder mehr und 0,0 GPa oder weniger. In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform ist es, wenn die Eigenspannung S₁ - 0,5 GPa oder mehr beträgt, tendenziell möglich, dass Änderungen der Eigenspannung aufgrund von während einer Verarbeitung erzeugter Wärme unterbunden werden und somit verhindert wird, dass diese als die Beschädigungsursache dienen. Indes verbessert sich in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform, wenn die Eigenspannung S₁ 0,0 GPa oder weniger beträgt, tendenziell die Bruchfestigkeit. In dieser Hinsicht beträgt die Eigenspannung S₁ vorzugsweise -0,5 GPa oder mehr und - 0,1 GPa oder weniger und ferner bevorzugt -0,5 GPa oder mehr und -0,2 GPa oder weniger.
Außerdem beträgt in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform die Eigenspannung S₂ vorzugsweise -2,0 GPa oder mehr und -0,3 GPa oder weniger. In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform ist es, wenn die Eigenspannung S₂ -2,0 GPa oder mehr beträgt, aufgrund des Einflusses der Behandlung nach dem Bilden der Überzugsschicht tendenziell möglich, eine Schichtablösung zu unterbinden, welche durch die Verbindung von Rissen in der Überzugsschicht verursacht wird. Indes ist es in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform, wenn die Eigenspannung S₂ -0,3 GPa oder weniger beträgt, tendenziell möglich, die Ausbreitung von in dem Schneidkantenlinienteil gebildeten thermischen Rissen zu unterbinden. In dieser Hinsicht beträgt die Eigenspannung S₂ vorzugsweise -1,9 GPa oder mehr und -0,4 GPa oder weniger und ferner bevorzugt -1,9 GPa oder mehr und -0,5 GPa oder weniger.
Die Eigenspannung ist eine innerhalb der Überzugsschicht verbleibende innere Spannung (inhärente Dehnung). Im Allgemeinen wird eine durch einen Zahlenwert mit „-“ (minus) dargestellte Spannung „Druckspannung“ genannt, wohingegen eine durch einen Zahlenwert mit „+“ (plus) dargestellte Spannung „Zugspannung“ genannt wird. In dieser Ausführungsform wird in dem Ausdruck der Größenordnung einer Eigenspannung ein höherer Zahlenwert mit „+“ (plus) als höhere Eigenspannung ausgedrückt, wohingegen ein höherer Zahlenwert mit „-“ (minus) als geringere Eigenspannung ausgedrückt wird.
Im Übrigen kann die Eigenspannung durch ein sin²Ψ-Verfahren unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers gemessen werden. Dann kann eine solche Eigenspannung durch Messen der Spannungen an drei beliebigen Punkten an jedem Abschnitt (es ist bevorzugt, dass diese Punkte ausgewählt sind, um 0,5 mm oder mehr voneinander entfernt zu sein, sodass die Spannung an dem Abschnitt dargestellt werden kann) durch das oben genannte sin²Ψ-Verfahren und Bestimmen des Durchschnitts gemessen werden.
Als Berechnungsmethode für die Quantifizierung von Dehnung innerhalb eines Kristallkorns durch ein Elektronenrückstreubeugungsverfahren (im Folgenden auch als „EBSD-Verfahren“ bezeichnet) unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops kann zum Beispiel kernbasierte durchschnittliche Fehlorientierung (Kernel Average Misorientation, im Folgenden auch als „KAM“ bezeichnet), genannt werden, welche durch Quantifizieren der Fehlorientierung zwischen einem beliebigen Messpunkt und benachbarten Messpunkten innerhalb eines Kristallkorns erlangt wird. Im Folgenden wird der KAM-Wert beschrieben.
[KAM-Wert]
Ein KAM-Wert ist ein Zahlenwert, welcher eine lokale Fehlorientierung, welche eine Kristallorientierungsdifferenz zwischen benachbarten Messpunkten ist, bei der auf dem EBSD-Verfahren basierenden Kristallorientierungsanalyse zeigt. Ein höherer KAM-Wert gibt eine größere Kristallorientierungsdifferenz zwischen benachbarten Messpunkten an und ein geringerer KAM-Wert gibt eine geringere lokale Dehnung innerhalb des Kristallkorns an.
In dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform beträgt in dem Hartmetall der Anteil von Messpunkten, an denen Wolframcarbid (WC) einen KAM-Wert von 1° oder weniger aufweist (im Folgenden auch als „KAM_C“ bezeichnet) vorzugsweise 90% oder mehr und 98% oder weniger. Ein KAM_C von 90% oder mehr gibt an, dass der Bereich mit hoher lokaler Dehnung klein ist. Dies deutet auf einen kleineren als der Zerstörungsursprung dienenden Bereich hin. Folglich verbessert sich in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform tendenziell die Bruchfestigkeit. Indes ist, wenn KAM_c 98% oder weniger beträgt, eine Produktion tendenziell einfach. In dieser Hinsicht beträgt KAM_c ferner bevorzugt 90% oder mehr und 97% oder weniger und noch ferner bevorzugt 90% oder mehr und 96% oder weniger.
In dieser Ausführungsform kann der KAM-Wert wie folgt gemessen werden. Eine Probe eines beschichteten Schneidwerkzeugs wird in der annähernd parallel zu der Oberfläche des Hartmetalls verlaufenden Richtung poliert, um einen Querschnitt an einer 0,5 µm von der Oberfläche des Hartmetalls in Richtung des Inneren des Hartmetalls entfernten Position freizulegen. Unter Verwendung von EBSD (hergestellt durch die TSL Corporation) wird jeder Messbereich des Querschnitts in dem Hartmetall in regelmäßige sechseckige Messpunkte (im Folgenden auch als „Pixel“ bezeichnet) aufgeteilt. In Bezug auf jedes aufgeteilte Pixel wird ausgehend von den reflektierten Elektronen des auf den Querschnitt (die polierte Fläche) der Probe einfallenden Elektronenstrahls ein Kikuchi-Muster erlangt und dadurch werden die Orientierungen der Pixel gemessen. Die erlangten Orientierungsdaten werden unter Verwendung der Analysesoftware des EBSD analysiert, um verschiedene Parameter zu berechnen. Die Messbedingungen sind wie folgt festgelegt: Beschleunigungsspannung: 15 kV, Messbereichsabmessung: 30 µm × 50 µm, Distanz zwischen benachbarten Pixeln (Schrittgröße): 0,05 µm. Ein benachbartes Pixel, dessen Fehlorientierung ausgehend von dem Messmittenpixel 5° oder mehr beträgt, wird als jenseits der Korngrenze des einzelnen Kristalls beurteilt, in welchem sich das Messmittenpixel befindet, und somit aus der Berechnung eines KAM-Werts ausgeschlossen. Konkret wird der KAM-Wert als die durchschnittliche Fehlorientierung zwischen einem gewissen Pixel innerhalb eines Kristallkorns und benachbarten Pixeln bestimmt, welche in einem Bereich vorhanden sind, welcher nicht jenseits der Korngrenze des Kristallkorns liegt. Das heißt, ein KAM-Wert kann durch die folgende Formel (1) dargestellt werden.
[Gleichung 1] $K A M = \frac{\sum_{j = 1}^{n} α_{i, j}}{n}$
(In Formel (1) steht n für die Anzahl an Pixeln j, welche zu einem beliebigen Pixel i in demselben Kristallkorn benachbart sind, und α_i,j steht für die ausgehend von der Kristallorientierung in dem Pixel i und den Kristallorientierungen in den Pixeln j bestimmte Kristallfehlorientierung.)
Dann werden in dem Hartmetall die KAM-Werte für sämtliche Pixel berechnet, welche den gesamten Flächeninhalt des Messbereichs bilden, und unter Annahme der Gesamtanzahl an Messpunkten (Pixeln) als 100% wird der Anteil von Messpunkten (Pixeln) bestimmt, an denen der KAM-Wert 1° oder weniger beträgt. Im Übrigen wird als der Anteil von Messpunkten, an denen der KAM-Wert 1° oder weniger beträgt, ein durch Ermitteln des Durchschnitts der für drei beliebige Messbereiche bestimmten Anteile erlangter Zahlenwert eingesetzt.
Es ist bevorzugt, dass das Hartmetall zur Verwendung in dieser Ausführungsform auf einer WC-Phase basiert, Co in einem Anteil von 5,0 Massen-% oder mehr und 15,0 Massen-% oder weniger enthält und Cr in einem Anteil von 0,3 Massen- % oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger als Cr₃C₂ enthält. In dem Hartmetall zur Verwendung in dieser Ausführungsform verbessert sich, wenn 5,0 Massen-% oder mehr Co enthalten ist, die Zähigkeit und somit verbessert sich tendenziell die Bruchfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs. Indes verbessert sich in dem Hartmetall zur Verwendung in dieser Ausführungsform, wenn der Co-Gehalt 15,0 Massen-% oder weniger beträgt, tendenziell die Verschleißfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs. Außerdem wird in dem Hartmetall zur Verwendung in dieser Ausführungsform, wenn 0,3 Massen-% oder mehr Cr als Cr₃C₂ enthalten ist, das Kornwachstum von Wolframcarbid unterbunden und somit verringert sich die Anzahl an Partikeln, welche als der Zerstörungsursprung dienen. Folglich verbessert sich tendenziell die Bruchfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs. Indes verbessert sich in dem Hartmetall zur Verwendung in dieser Ausführungsform, wenn der Gehalt von Cr als Cr₃C₂ 1,0 Massen-% oder weniger beträgt, tendenziell die Bruchfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs. Der Grund dafür ist nicht klar, dies liegt jedoch vermutlich daran, dass die Fällung von Cr₃C₂, welche wahrscheinlich als der Zerstörungsursprung dient, unterbunden werden kann. In dieser Hinsicht ist es ferner bevorzugt, dass das Hartmetall zur Verwendung in dieser Ausführungsform auf einer WC-Phase basiert, Co in einem Anteil von 5,5 Massen-% oder mehr und 13,0 Massen-% oder weniger enthält und Cr in einem Anteil von 0,4 Massen-% oder mehr und 0,9 Massen-% oder weniger als Cr₃C₂ enthält. Ferner ist insbesondere bevorzugt, dass Co in einem Anteil von 6,1 Massen-% oder mehr und 12,0 Massen-% oder weniger enthalten ist und Cr in einem Anteil von 0,4 Massen-% oder mehr und 0,8 Massen-% oder weniger als Cr₃C₂ enthalten ist. Hierbei bezeichnet die WC-Phase eine aus Wolframcarbid gebildete Phase und „auf einer WC-Phase basierend“ bedeutet, dass der Anteil der WC-Phase in dem Hartmetall 50 Massen-% oder mehr, vorzugsweise 60 Massen-% oder mehr, ferner bevorzugt 70 Massen-% oder mehr und noch ferner bevorzugt 80 Massen-% oder mehr beträgt. Der Anteil der WC-Phase in dem Hartmetall beträgt besonders bevorzugt 86,0 Massen-% oder mehr und 94,7 Massen-% oder weniger.
Jede Zusammensetzung und jeder Anteil (Massen-%) in dem Hartmetall zur Verwendung in dieser Ausführungsform werden wie folgt berechnet. Die Querschnittstrukturen von mindestens drei beliebigen Punkten in dem Inneren des Hartmetalls (z.B. eine Querschnittstruktur an einer Position in einer Tiefe von 500 µm oder mehr von der Oberfläche in Richtung des Inneren) werden unter einem Rasterelektronenmikroskop (REM) beobachtet, welches mit einem energiedispersiven Röntgenspektrometer (EDS) ausgestattet ist, und jede Zusammensetzung des Hartmetalls wird durch das EDS gemessen. Ausgehend von den Ergebnissen kann der Anteil jeder Zusammensetzung berechnet werden. Das heißt, das Hartmetall wird in der orthogonal zu der Oberfläche davon verlaufenden Richtung poliert, die resultierende freigelegte beliebige Querschnittsstruktur wird unter einem REM beobachtet und unter Verwendung des an dem REM angebrachten EDS werden jede Zusammensetzung und jeder Anteil (Massen-%) in dem Hartmetall bestimmt. Genauer gesagt wird die beliebige Querschnittstruktur in dem Hartmetall unter einem mit EDS ausgestatteten REM bei 2.000-bis 5.000-facher Vergrößerung beobachtet und einer Oberflächenanalyse unterzogen. Ferner kann durch Umwandeln ausgehend von dem Atomprozentsatz jeder erlangten Zusammensetzung der Massenprozentsatz jeder Zusammensetzung berechnet werden. Zum Beispiel ist in dem Fall von WC eine Berechnung wie folgt möglich. Mit dem Atomverhältnis W:C von 1:1 wird der Atomprozentsatz von WC bestimmt und dann in einen Massenprozentsatz umgewandelt.
<Verfahren zum Bilden der Überzugsschicht>
Bei einem Verfahren zum Bilden der Überzugsschicht gemäß dieser Ausführungsform wird auf der Oberfläche eines zu einer Werkzeugform verarbeiteten Hartmetalls eine Verbundschicht, welche eine Verbindung mit einer durch die obenstehende Formel (1) dargestellten Zusammensetzung enthält, als Überzugsschicht gebildet. Ferner kann soweit notwendig zwischen dem Hartmetall und der Verbundschicht eine untere Schicht gebildet werden, welche aus einer Ti-Verbindung, aufweisend elementares Ti und mindestens ein Element, welches aus der Gruppe bestehend aus C, N, O und B ausgewählt ist, ist.
Als Verfahren zum Bilden der Überzugsschicht in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform kann zum Beispiel das folgende Verfahren genannt werden. Das Überzugsschicht-Bildungsverfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die in der Überzugsschicht enthaltene Verbundschicht kann durch ein chemisches Abscheidungsverfahren gebildet werden, bei welchem die Rohmaterialzusammensetzung TiCl₄: 0,2 bis 0,4 Mol-%, AlCl₃: 0,5 bis 2,0 Mol-%, NH₃: 2,0 bis 4,5 Mol-% und H₂: Rest beträgt, die Temperatur 700 bis 850°C beträgt und der Druck 2,5 bis 5,0 hPa beträgt.
In dem Fall, in dem eine untere Schicht gebildet wird, welche aus einer Ti-Verbindung ist, ist es möglich, dass vor einem oben beschriebenen Bilden der Verbundschicht die Rohmaterialzusammensetzung, die Temperatur und der Druck gemäß der angestrebten Ti-Verbindung angepasst werden und eine untere Schicht, welche aus einer Ti-Verbindung ist, durch ein chemisches Abscheidungsverfahren gebildet wird. Als konkretes Beispiel eines Verfahrens zum Bilden der unteren Schicht können zum Beispiel die folgenden Verfahren genannt werden. Im Übrigen erfolgt in dem Fall, in dem eine untere Schicht gebildet wird, nach dem Bilden der unteren Schicht vorzugsweise ein Schritt des Senkens der Temperatur auf 700°C bis 850°C für das Bilden einer Verbundschicht.
Zum Beispiel kann eine aus einer Ti-Nitridschicht (im Folgenden auch als „TiN-Schicht“ bezeichnet) gebildete Ti-Verbundschicht durch ein chemisches Abscheidungsverfahren gebildet werden, bei welchem die Rohmaterialzusammensetzung TiCl₄: 5,0 bis 10,0 Mol-%, N₂: 20 bis 60 Mol-% und H₂: Rest beträgt, die Temperatur 850 bis 950°C beträgt und der Druck 300 bis 400 hPa beträgt.
Eine aus einer Ti-Carbidschicht (im Folgenden auch als „TiC-Schicht“ bezeichnet) gebildete Ti-Verbundschicht kann durch ein chemisches Abscheidungsverfahren gebildet werden, bei welchem die RohmaterialzusammensetzungTiCl₄: 1,5 bis 3,5 Mol-%, CH₄: 3,5 bis 5,5 Mol-% und H₂: Rest beträgt, die Temperatur 950 bis 1.050°C beträgt und der Druck 70 bis 80 hPa beträgt.
Eine aus einer Ti-Carbonitridschicht (im Folgenden auch als „TiCN-Schicht“ bezeichnet) gebildete Ti-Verbundschicht kann durch ein chemisches Abscheidungsverfahren gebildet werden, bei welchem die Rohmaterialzusammensetzung TiCl₄: 5,0 bis 7,0 Mol-%, CH₃CN: 0,5 bis 1,5 Mol-% und H₂: Rest beträgt, die Temperatur 800 bis 900°C beträgt und der Druck 60 bis 80 hPa beträgt.
Eine aus einer Ti-Oxicarbonitridschicht (im Folgenden auch als „TiCNO-Schicht“ bezeichnet) gebildete Ti-Verbundschicht kann durch ein chemisches Abscheidungsverfahren gebildet werden, bei welchem die Rohmaterialzusammensetzung TiCl₄: 3,0 bis 4,0 Mol-%, CO: 0,5 bis 1,0 Mol-%, N₂: 30 bis 40 Mol-% und H₂: Rest beträgt, die Temperatur 950 bis 1.050°C beträgt und der Druck 50 bis 150 hPa beträgt.
Eine aus einer Ti-Oxicarbidschicht (im Folgenden auch als „TiCO-Schicht“ bezeichnet) gebildete Ti-Verbundschicht kann durch ein chemisches Abscheidungsverfahren gebildet werden, bei welchem die Rohmaterialzusammensetzung TiCl₄: 1,0 bis 2,0 Mol-%, CO: 2,0 bis 3,0 Mol-% und H₂: Rest beträgt, die Temperatur 950 bis 1.050°C beträgt und der Druck 50 bis 150 hPa beträgt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels einer chemischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung, welche bei der Produktion des beschichteten Schneidwerkzeugs dieser Ausführungsform zum Bilden der Überzugsschicht verwendet wird. Eine chemische Gasphasenabscheidungsvorrichtung 9 weist eine Gaseinleitungsvorrichtung 5, eine Spannvorrichtung 7, auf welcher das beschichtete Schneidwerkzeug 4 montiert ist, eine Heizeinrichtung 10, ein Reaktionsgefäß 11 und ein Gasabfuhrrohr 12 auf. Ein Rohmaterialgas wird von der Gaseinleitungsvorrichtung 5 in das Reaktionsgefäß 11 eingeleitet und, während es mit der Heizeinrichtung 10 erhitzt wird, auf jedem Schneidwerkzeug auf der Spannvorrichtung 7 chemisch gasphasenabgeschieden, um eine Überzugsschicht zu bilden. Das Gas wird dann aus dem Gasabfuhrrohr 12 abgeführt.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Vergrößerung des Nahbereichs der Gaseinleitungsvorrichtung 5 in der chemischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung 9 aus 2. Das Rohmaterialgas wird durch die Gaseinleitungsvorrichtung 5 von einem Gasausblasloch 6 in das Reaktionsgefäß eingeleitet und auf der Oberfläche jedes Schneidwerkzeugs 4 auf der Spannvorrichtung 7 abgeschieden. Hierbei kann durch Anpassen eines Abstands 8 zwischen jedem Schneidwerkzeug 4 und der Spannvorrichtung 7 die Dicke der Überzugsschicht an jedem Abschnitt gesteuert werden. Konkret ist in 3 die obere Fläche jedes Schneidwerkzeugs 4 eine Spanfläche. Die Länge von der Spanfläche zu der Bodenfläche der Spannvorrichtung 7, auf welcher jedes Schneidwerkzeug 4 montiert ist, und die Länge von der Spanfläche auf der unteren Fläche jedes Schneidwerkzeugs 4 zu der oberen Fläche der Spannvorrichtung, auf welcher jedes Schneidwerkzeug 4 montiert ist, werden jeweils angepasst, wodurch die Dicke der Überzugsschicht an jedem Abschnitt gesteuert werden kann. Zum Beispiel ist, wenn der Abstand 8 zwischen jedem Schneidwerkzeug 4 und der Spannvorrichtung 7 reduziert wird, die durchschnittliche Dicke T₂ der Überzugsschicht in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position relativ zu der durchschnittlichen Dicke T₁ der Überzugsschicht in dem Schneidkantenlinienteil tendenziell gering. Außerdem erhöht sich, wenn der Druck während des Bildens einer Überzugsschicht reduziert wird, tendenziell die Differenz (T₁ - T₂) zwischen der durchschnittlichen Dicke T₂ der Überzugsschicht in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position und der durchschnittlichen Dicke T₁ der Überzugsschicht in dem Schneidkantenlinienteil.
Als die konkrete Länge des Abstands 8 zwischen jedem Schneidwerkzeug 4 und der Spannvorrichtung 7 ist zum Beispiel 2,0 bis 4,0 mm bevorzugt.
Außerdem muss, um die durch die obenstehende Formel (1) dargestellte Zusammensetzung zu steuern, die Rohmaterialzusammensetzung zweckmäßig angepasst werden. Konkret erhöht sich als Verfahren zur Steuerung des Verhältnisses von Ti und Al zum Beispiel in der Rohmaterialzusammensetzung, wenn das Verhältnis AlCl₃/(AlCl₃ + TiCl₄) erhöht wird, tendenziell das Al-Gehaltsverhältnis. Genauer gesagt kann zum Beispiel in der Rohmaterialzusammensetzung, wenn das Verhältnis AlCl₃/(AlCl₃ + TiCl₄) auf 0,70 oder mehr und 0,90 oder weniger festgelegt ist, das Al-Gehaltsverhältnis in der obenstehenden Formel (1) innerhalb des oben genannten konkreten Bereichs gesteuert werden.
Wenn die gebildete Überzugsschicht einem Trockenstrahlen, Nassstrahlen oder Shot Peening unterzogen wird und Bedingungen dafür angepasst werden, kann der Eigenspannungswert des Hartmetalls gesteuert werden. Zum Beispiel kann als Bedingungen für Trockenstrahlen das Strahlmaterial bei einem Strahldruck von 1,8 bis 2,1 Bar für eine Strahlzeit von 20 bis 40 Sekunden in einer solchen Weise gestrahlt werden, dass der Auftreffwinkel relativ zu der Oberfläche des Hartmetalls 90° beträgt. Bezüglich eines einfacheren Steuerns des Eigenspannungswerts innerhalb des oben genannten Bereichs ist das Strahlmaterial (-mittel) beim Trockenstrahlen vorzugsweise mindestens ein Material mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 120 bis 400 µm (in dem Fall, in dem das Strahlmaterial aus Stahl ist, 380 bis 420 µm), welches aus der Gruppe bestehend aus Al₂O₃ und SiC ausgewählt ist.
Beim Trockenstrahlen verringert sich mit einer Erhöhung des durchschnittlichen Partikeldurchmessers des Strahlmaterials (-mittels) tendenziell der Eigenspannungswert des Hartmetalls (Druckspannungswertseite) . Außerdem verringert sich in dem Maße, in dem sich der Auftreffwinkel 45° von 90° annähert, tendenziell die Eigenspannung S₁ des Hartmetalls in dem Schneidkantenlinienteil (Druckspannungswertseite). Außerdem verringert sich mit einer Erhöhung des Strahldrucks tendenziell der Eigenspannungswert des Hartmetalls. Außerdem verringert sich mit einer Verringerung der Strahlzeit tendenziell der Eigenspannungswert des Hartmetalls.
Außerdem verringert sich mit einer Verringerung der Dicke der Überzugsschicht (z.B. Verbundschicht) in dem Fall, in dem ein Trockenstrahlen erfolgt, tendenziell die Differenz zwischen der Eigenspannung S₁ des Hartmetalls in dem Schneidkantenlinienteil und der Eigenspannung S₂ des Hartmetalls in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position, wobei S₂ < S₁ erfüllt ist. Dies liegt vermutlich daran, dass wenn die Dicke der Verbundschicht (Gesamtdicke der Überzugsschicht) geringer ist, die Energie eines Trockenstrahlens mit höherer Wahrscheinlichkeit an das Hartmetall übertragen wird.
Außerdem kann als Verfahren zur Steuerung des Anteils von Messpunkten, an denen Wolframcarbid (WC) einen KAM-Wert von 1° oder weniger in dem Hartmetall aufweist, zum Beispiel ein Verfahren genannt werden, bei welchem die gebildete Überzugsschicht einem Trockenstrahlen, Nassstrahlen oder Shot Peening unterzogen wird und Bedingungen dafür angepasst werden. Konkret kann zum Beispiel ein Verfahren genannt werden, bei welchem beim Trockenstrahlen der Strahldruck oder die Art und der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Strahlmaterials angepasst werden. Genauer gesagt kann zum Beispiel ein Verfahren genannt werden, bei welchem beim Trockenstrahlen der Strahldruck auf 1,8 bis 2,5 Bar festgelegt ist und mindestens ein Material mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 50 bis 140 µm, welches aus der Gruppe bestehend aus Al₂O₃ und SiC ausgewählt ist, als das Strahlmaterial (-mittel) verwendet wird. Wenn der Strahldruck höher als der oben genannte Bereich festgelegt ist oder wenn Stahl als das Strahlmaterial (- mittel) verwendet wird und der durchschnittliche Partikeldurchmesser höher als der oben genannte Bereich festgelegt ist, verringert sich tendenziell der Anteil von Messpunkten, an denen Wolframcarbid (WC) einen KAM-Wert von 1° oder weniger aufweist.
Die Dicke der Überzugsschicht an jedem Abschnitt in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform kann durch Beobachten der Querschnittstruktur des beschichteten Schneidwerkzeugs unter Verwendung eines optischen Mikroskops, eines Rasterelektronenmikroskops (REM), eines Feldemissions-Rasterelektronenmikroskops (FE-REM) oder dergleichen gemessen werden. Im Übrigen kann die durchschnittliche Dicke der Überzugsschicht an jedem Abschnitt in dem beschichteten Schneidwerkzeug dieser Ausführungsform als das arithmetische Mittel der an drei oder mehr Punkten gemessenen Dicken an jedem Abschnitt bestimmt werden. Außerdem kann die Zusammensetzung der Überzugsschicht ausgehend von der Querschnittstruktur des beschichteten Schneidwerkzeugs dieser Ausführungsform unter Verwendung eines energiedispersiven Röntgenspektrometers (EDS), eines wellenlängendispersiven Röntgenspektrometers (WDS) oder dergleichen gemessen werden.
Beispiele
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele ausführlicher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Zwei Arten von Substraten wurden vorbereitet: ein Einsatz von SEET1203AGTN (Hartmetall mit einer Zusammensetzung 87, 2WC-12, 0Co-0, 8Cr₃C₂ (alle Massen-%), im Folgenden auch als „Substrat 1“ bezeichnet) und ein Einsatz von SEET1203AGTN (Hartmetall mit einer Zusammensetzung 93,5WC-6,1Co-0,4Cr₃C₂ (alle Massen-%), im Folgenden auch als „Substrat 2“ bezeichnet). Der Schneidkantenlinienteil jedes Substrats wurde einem Rundhonen mit einer SiC-Bürste unterzogen und dann wurde die Oberfläche des Substrats gewaschen. Im Übrigen wurden, um den nachstehend beschriebenen Schneidtest 1 durchzuführen, Proben unter Verwendung des Substrats 1 (die folgenden Erfindungsprodukte 1 bis 13 und Vergleichsprodukte 1 bis 9) vorbereitet, drei Proben für jedes Produkt. Indes wurden, um den nachstehend beschriebenen Schneidtest 2 durchzuführen, Proben unter Verwendung des Substrats 2 (Erfindungsprodukte 1 bis 13 und Vergleichsprodukte 1 bis 9) vorbereitet, eine Probe für jedes Produkt. Daher wurden bei dem folgenden Verfahren zum Bilden einer Überzugsschicht drei Substrate 1 und ein Substrat 2, insgesamt vier Substrate gleichzeitig in einer chemischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung platziert und eine vorbestimmte Überzugsschicht wurde auf jedem Substrat gebildet.
[Erfindungsprodukte 1 bis 13 und Vergleichsprodukte 1 bis 9]
Nachdem die Oberfläche jedes Substrats gewaschen wurde, wurde eine Überzugsschicht durch ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren gebildet. Zuerst wurde das Substrat in die in 2 dargestellte extern beheizte chemische Gasphasenabscheidungsvorrichtung eingeführt und unter den in Tabelle 1 dargestellten Bedingungen der Rohmaterialzusammensetzung, der Temperatur und des Drucks wurde eine Verbundschicht mit der in Tabelle 2 dargestellten Zusammensetzung zu der in Tabelle 2 dargestellten durchschnittlichen Dicke auf der Oberfläche des Substrats gebildet. Hierbei wurde der Abstand zwischen jedem Schneidwerkzeug und der Spannvorrichtung in der chemischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung wie in Tabelle 1 dargestellt angepasst, wodurch die Dicke der Überzugsschicht (Verbundschicht) an jedem Abschnitt gesteuert wurde. Konkret wurden wie in 3 zur Vergrößerung des Nahbereichs der Gaseinleitungsvorrichtung in der chemischen Gasphasenabscheidungsvorrichtung dargestellt, wobei die obere Fläche jedes Schneidwerkzeugs 4 als die Spanfläche diente, die Länge von der Spanfläche zu der Bodenfläche der Spannvorrichtung 7, auf welcher jedes Schneidwerkzeug 4 montiert war, und die Länge von der Spanfläche auf der unteren Fläche jedes Schneidwerkzeugs 4 zu der oberen Fläche der Spannvorrichtung, auf welcher jedes Schneidwerkzeug 4 montiert war, jeweils wie in Tabelle 1 dargestellt angepasst, wodurch die Dicke der Überzugsschicht (Verbundschicht) an jedem Abschnitt gesteuert wurde.
Ferner wurde nach einem Bilden der Überzugsschicht auf der Oberfläche des Substrats die Überzugsschichtoberfläche einem Trockenstrahlen unter Verwendung des in Tabelle 3 dargestellten Strahlmaterials unter den in Tabelle 3 dargestellten Strahlbedingungen unterzogen. Auf diese Weise wurden beschichtete Schneidwerkzeuge von Erfindungsprodukten 1 bis 13 und Vergleichsprodukten 1 bis 7 erlangt.
Die Dicke der Überzugsschicht an jedem Abschnitt in einer Probe wurde wie folgt bestimmt. Das heißt, unter Verwendung eines FE-REM wurden die Dicken an beliebigen drei Querschnittspunkten in dem Schneidkantenlinienteil des beschichteten Schneidwerkzeugs und die Dicken an beliebigen drei Querschnittspunkten an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position gemessen und das arithmetische Mittel von jeden wurde als durchschnittliche Dicke (nacheinander als „T₁“ und „T₂“ bezeichnet) bestimmt. Die Zusammensetzung der Überzugsschicht (Verbundschicht) der erlangten Probe wurde unter Verwendung eines EDS in einem Querschnitt nahe der bis zu 50 µm von dem Schneidkantenlinienteil des beschichteten Schneidwerkzeugs in Richtung der Mitte der Spanfläche entfernten Position gemessen. Diese Messergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

[Tabelle 1]

Probe	Verbundschicht							Abstand zwischen beschichtetem Schneidwerkzeug und Spannvorrichtung (mm)
	Temperatur (°C)	Druck (hPa)	Rohmaterialzusammensetzung (Mol-%)				AlCl₃/(AlCl₃+TiCl₄)
	Temperatur (°C)	Druck (hPa)	TiCl₄	AlCl₃	NH₃	H₂	AlCl₃/(AlCl₃+TiCl₄)
Erfindungsprodukt 1	750	3,0	0,3	1,2	3,5	95,0	0,80	3,0
Erfindungsprodukt 2	750	3,5	0,2	0,5	3,5	95,8	0,71	3,0
Erfindungsprodukt 3	700	3,0	0,3	2,0	4,0	93,7	0,87	3,0
Erfindungsprodukt 4	750	3,0	0,3	1,2	3,5	95,0	0,80	3,0
Erfindungsprodukt 5	750	2,5	0,3	1,2	2,5	96,0	0,80	3,0
Erfindungsprodukt 6	750	3,0	0,2	0,9	3,5	95,4	0,82	2,0
Erfindungsprodukt 7	750	5,0	0,3	1,2	3,5	95,0	0,80	4,0
Erfindungsprodukt 8	750	3,0	0,2	0,9	2,5	96,4	0,82	3,0
Erfindungsprodukt 9	750	4,0	0,3	1,2	3,5	95,0	0,80	3,0
Erfindungsprodukt 10	750	2,5	0,3	1,2	3,5	95,0	0,80	3,0
Erfindungsprodukt 11	750	3,0	0,3	1,3	4,0	94,4	0,81	3,0
Erfindungsprodukt 12	700	3,0	0,3	1,8	3,0	94,9	0,86	3,0
Erfindungsprodukt 13	700	3,0	0,3	1,7	3,5	94,5	0,85	3,0
Vergleichsprodukt 1	750	3,0	0,5	1,0	3,0	95,5	0,67	3,0
Vergleichsprodukt 2	700	3,0	0,2	2,3	3,0	94,5	0,92	3,0
Vergleichsprodukt 3	750	4,0	0,3	1,2	3,0	95,5	0,80	5,0
Vergleichsprodukt 4	750	2,0	0,3	1,2	5,0	93,5	0,80	3,0
Vergleichsprodukt 5	900	2,0	0,3	1,2	3,0	95,5	0,80	1,0
Vergleichsprodukt 6	750	5,0	0,5	2,2	3,0	94,3	0,81	6,0
Vergleichsprodukt 7	750	5,0	0,3	1,2	4,0	94,5	0,80	6,0
Vergleichsprodukt 8	750	5,0	0,3	1,2	4,0	94,5	0,80	6,0
Vergleichsprodukt 9	750	5,0	0,3	1,2	4,0	94,5	0,80	6,0

[Tabelle 2]

Probe	Überzugsschicht
	Verbundschicht (Al_xTi_1-x)N
	Atomverhältnis x	Durchschnittliche Dicke (µm)		T₁-T₂ (µm)	Dickenverhältnis
	Atomverhältnis x	T₁	T₂	T₁-T₂ (µm)	Dickenverhältnis
Erfindungsprodukt 1	0,80	6,0	4,0	2,0	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 2	0,71	6,0	4,0	2,0	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 3	0,88	6,2	4,2	2,0	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 4	0,79	4,4	3,0	1,4	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 5	0,80	9,8	5,8	4,0	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 6	0,81	4,8	2,0	2,8	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 7	0,80	8,0	6,8	1,2	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 8	0,81	5,8	3,8	2,0	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 9	0,81	6,2	4,0	2,2	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 10	0,80	6,0	3,5	2,5	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 11	0,81	6,2	4,2	2,0	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 12	0,85	5,8	3,8	2,0	T₂ < T₁
Erfindungsprodukt 13	0,85	5,8	3,8	2,0	T₂ < T₁
Vergleichsprodukt 1	0,65	6,0	4,0	2,0	T₂ < T₁
Vergleichsprodukt 2	0,95	6,0	4,0	2,0	T₂ < T₁
Vergleichsprodukt 3	0,80	3,5	3,0	0,5	T₂ < T₁
Vergleichsprodukt 4	0,80	10,8	6,2	4,6	T₂ < T₁
Vergleichsprodukt 5	0,79	4,6	1,4	3,2	T₂ < T₁
Vergleichsprodukt 6	0,81	8,2	7,5	0,7	T₂ < T₁
Vergleichsprodukt 7	0,80	6,5	6,7	-0,2	T₁ < T₂
Vergleichsprodukt 8	0,80	4,4	5,0	-0,6	T₁ < T₂
Vergleichsprodukt 9	0,80	4,4	5,0	-0,6	T₁ < T₂

[Tabelle 3]

Probe	Trockenstrahlbedingungen
	Strahlmaterial		Strahlbedingungen
	Material	Durchschnittliche Partikelgröße (µm)	Auftreffwinkel (°)	Strahldruck (Bar)	Strahlzeit (sec)
Erfindungsprodukt 1	Al₂O₃	130	90	1,8	30
Erfindungsprodukt 2	Al₂O₃	130	90	1,8	30
Erfindungsprodukt 3	Al₂O₃	130	90	1,8	30
Erfindungsprodukt 4	Al₂O₃	120	90	1,8	20
Erfindungsprodukt 5	SiC	140	90	1,8	40
Erfindungsprodukt 6	Al₂O₃	120	90	1,8	20
Erfindungsprodukt 7	Al₂O₃	130	90	1,6	40
Erfindungsprodukt 8	Al₂O₃	130	90	2,1	20
Erfindungsprodukt 9	SiC	120	90	1,6	30
Erfindungsprodukt 10	Al₂O₃	130	90	2,1	20
Erfindungsprodukt 11	SiC	120	90	1,6	30
Erfindungsprodukt 12	Al₂O₃	130	90	2,1	20
Erfindungsprodukt 13	Stahl	400	90	1,8	30
Vergleichsprodukt 1	Al₂O₃	130	90	1,8	30
Vergleichsprodukt 2	Al₂O₃	130	90	1,8	30
Vergleichsprodukt 3	Al₂O₃	120	90	1,8	20
Vergleichsprodukt 4	SiC	140	90	1,8	40
Vergleichsprodukt 5	Al₂O₃	120	90	1,8	20
Vergleichsprodukt 6	Al₂O₃	130	90	1,6	30
Vergleichsprodukt 7	Al₂O₃	130	90	2,1	10
Vergleichsprodukt 8	SiC	130	45	1,8	40
Vergleichsprodukt 9	Al₂O₃	110	90	1,8	40

[Messung der Eigenspannung]
In Bezug auf jede erlangte Probe wurde die Eigenspannung des Hartmetalls durch ein sin²Ψ-Verfahren unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers gemessen. Die Spannungen an drei beliebigen Punkten in dem Schneidkantenlinienteil wurden gemessen und der Durchschnitt (das arithmetische Mittel) wurde als die Eigenspannung S₁ des Hartmetalls definiert. Indes wurden die Spannungen an drei beliebigen Punkten an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position gemessen und der Durchschnitt (das arithmetische Mittel) wurde als die Eigenspannung S₂ des Hartmetalls definiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
[Messung des KAM-Werts]
In Bezug auf jede erlangte Probe wurde der KAM-Wert des Hartmetalls wie folgt gemessen. Die Probe des beschichteten Schneidwerkzeugs wurde in der annähernd parallel zu der Oberfläche des Hartmetalls verlaufenden Richtung poliert, um einen Querschnitt an einer 0,5 µm von der Oberfläche des Hartmetalls in Richtung des Inneren des Hartmetalls entfernten Position freizulegen. Unter Verwendung eines EBSD (hergestellt durch die TSL Corporation) wurde jeder Messbereich des Querschnitts in dem Hartmetall in regelmäßige sechseckige Messpunkte (im Folgenden auch als „Pixel“ bezeichnet) aufgeteilt. In Bezug auf jedes aufgeteilte Pixel wurde ausgehend von den reflektierten Elektronen des auf den Querschnitt (die polierte Fläche) der Probe einfallenden Elektronenstrahls ein Kikuchi-Muster erlangt und dadurch wurden die Orientierungen der Pixel gemessen. Die erlangten Orientierungsdaten wurden unter Verwendung der Analysesoftware des EBSD analysiert, um verschiedene Parameter zu berechnen. Die Messbedingungen wurden wie folgt festgelegt: Beschleunigungsspannung: 15 kV, Messbereichsabmessung: 30 µm × 50 µm, Distanz zwischen benachbarten Pixeln (Schrittgröße): 0,05 µm. Ein benachbartes Pixel, dessen Fehlorientierung ausgehend von dem Messmittenpixel 5° oder mehr betrug, wurde als jenseits der Korngrenze des einzelnen Kristalls beurteilt, in welchem sich das Messmittenpixel befand, und somit aus der Berechnung eines KAM-Werts ausgeschlossen. Konkret wurde der KAM-Wert als die durchschnittliche Fehlorientierung zwischen einem gewissen Pixel innerhalb eines Kristallkorns und benachbarten Pixeln bestimmt, welche in einem Bereich vorhanden waren, welcher nicht jenseits der Korngrenze des Kristallkorns lag. Das heißt, der KAM-Wert wurde durch die folgende Formel (1) berechnet.
[Gleichung 2] $K A M = \frac{\sum_{j = 1}^{n} α_{i, j}}{n}$
(In Formel (1) steht n für die Anzahl an Pixeln j, welche zu einem beliebigen Pixel i in demselben Kristallkorn benachbart sind, und α_i,j steht für die ausgehend von der Kristallorientierung in dem Pixel i und den Kristallorientierungen in den Pixeln j bestimmte Kristallfehlorientierung.)
Dann wurden in dem Hartmetall die KAM-Werte für sämtliche Pixel berechnet, welche den gesamten Flächeninhalt des Messbereichs bildeten, und unter Annahme der Gesamtanzahl an Messpunkten (Pixeln) als 100% wurde der Anteil von Messpunkten (Pixeln) bestimmt, an denen der KAM-Wert 1° oder weniger betrug. Im Übrigen wurde als der Anteil von Messpunkten, an denen der KAM-Wert 1° oder weniger betrug, ein durch Ermitteln des Durchschnitts der für drei beliebige Messbereiche bestimmten Anteile erlangter Zahlenwert eingesetzt. Außerdem wird der Anteil von Messpunkten, an denen Wolframcarbid (WC) einen KAM-Wert von 1° oder weniger in dem Hartmetall aufweist, als KAM_c ausgedrückt. Die Messergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.

[Tabelle 4]

Probe	Hartmetall
	Eigenspannung (GPa)		Eigenspannungsverhältnis	KAM_c (%)
	S₁	S₂	Eigenspannungsverhältnis	KAM_c (%)
Erfindungsprodukt 1	-0,3	-1,1	S₂< S₁	96
Erfindungsprodukt 2	-0,2	-1,2	S₂< S₁	95
Erfindungsprodukt 3	-0,3	-1,2	S₂< S₁	95
Erfindungsprodukt 4	-0,3	-1,2	S₂< S₁	96
Erfindungsprodukt 5	-0,3	-1,0	S₂< S₁	96
Erfindungsprodukt 6	-0,4	-1,2	S₂< S₁	94
Erfindungsprodukt 7	-0,2	-0,5	S₂< S₁	94
Erfindungsprodukt 8	-0,5	-1,5	S₂< S₁	94
Erfindungsprodukt 9	-0,1	-0,9	S₂< S₁	96
Erfindungsprodukt 10	-0,3	-1,9	S₂< S₁	94
Erfindungsprodukt 11	-0,2	-0,5	S₂< S₁	96
Erfindungsprodukt 12	-0,4	-1,3	S₂< S₁	90
Erfindungsprodukt 13	-0,4	-1,4	S₂ < S₁	86
Vergleichsprodukt 1	-0,3	-1,1	S₂< S₁	96
Vergleichsprodukt 2	-0,3	-1,1	S₂< S₁	96
Vergleichsprodukt 3	-0,3	-1,2	S₂< S₁	96
Vergleichsprodukt 4	-0,1	-1,0	S₂< S₁	96
Vergleichsprodukt 5	-0,4	-1,5	S₂< S₁	94
Vergleichsprodukt 6	-0,3	0,4	S₁ < S₂	94
Vergleichsprodukt 7	-0,3	-1,2	S₂< S₁	95
Vergleichsprodukt 8	-1,0	-0,8	S₁ < S₂	95
Vergleichsprodukt 9	-0,3	-0,8	S₂< S₁	79

Unter Verwendung der erlangten Erfindungsprodukte 1 bis 13 und Vergleichsprodukte 1 bis 9 erfolgten Schneidtests unter den folgenden Bedingungen.
[Schneidtest 1]

Einsatz: SEET1203AGTN,
Substrat: 87, 2WC-12, 0Co-0, 8Cr₃C₂ (alle Massen-%), Werkstück: Rechteckiges Parallelepiped SCM440, Schnittgeschwindigkeit: 250 m/min,
Vorschub pro Zahn: 0,20 mm/Zahn,
Schnitttiefe: 2,0 mm,
Kühlmittel: Nicht vorhanden,

Bewertungskriterien: Der Zeitpunkt, zu dem die Probe splitterte, wurde als die Standzeit definiert und in Bezug auf drei Proben wurde bewertet, ob es möglich war, sämtliche vier Ecken bis zu der Standzeit zu verwenden. Das heißt, von einem Maximum von 12 Ecken (drei Proben × vier Ecken) wurde die Anzahl an Ecken überprüft, an denen sich bei Bruch Risse zu anderen Ecken ausbreiteten. Wenn die Anzahl an Ecken, an denen sich bei Bruch Risse zu anderen Ecken ausbreiteten, „0“ betrug, wurde ein solcher Fall als „A“ eingestuft, „1“ wurde als „B“ eingestuft und „2 oder mehr“ wurde als „C“ eingestuft. Die Messergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt.
[Schneidtest 2]

Einsatz: SEET1203AGTN,
Substrat: 93,5WC-6,1Co-0,4Cr₃C₂ (alle Massen-%), Werkstück: Rechteckiges Parallelepiped FCD600, Schnittgeschwindigkeit: 300 m/min,
Vorschub pro Zahn: 0,20 mm/Zahn,
Schnitttiefe: 2,0 mm,
Kühlmittel: Vorhanden,
Bewertungskriterien: Der Zeitpunkt, zu dem die Probe splitterte oder die maximale Freiflächenverschleißbreite 0,3 mm erreichte, wurde als die Standzeit definiert und die Verarbeitungslänge bis zu der Standzeit wurde gemessen. Wenn die Verarbeitungslänge bis zu der Standzeit „12,0 m oder mehr“ betrug, wurde ein solcher Fall als „A“ eingestuft, „10,0 m oder mehr und weniger als 12,0 m“ wurde als „B“ eingestuft und „weniger als 10,0 m“ wurde als „C“ eingestuft. Die Messergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt.

Probe	Schneidtest 1		Schneidtest 2
Probe	Anzahl an Ecken, an denen sich Risse zu anderen Ecken ausbreiteten	Bewertung	Verarbeitungslänge (m)	Bewertung
Erfindungsprodukt 1	0	A	12,0	A
Erfindungsprodukt 2	0	A	10,5	B
Erfindungsprodukt 3	0	A	12,5	A
Erfindungsprodukt 4	0	A	10,5	B
Erfindungsprodukt 5	0	A	13,5	A
Erfindungsprodukt 6	0	A	10,0	B
Erfindungsprodukt 7	0	A	13,0	A
Erfindungsprodukt 8	0	A	12,5	A
Erfindungsprodukt 9	0	A	11,5	B
Erfindungsprodukt 10	0	A	12,5	A
Erfindungsprodukt 11	0	A	11,0	B
Erfindungsprodukt 12	0	A	11,0	B
Erfindungsprodukt 13	0	A	10,0	B
Vergleichsprodukt 1	0	A	9,0	C
Vergleichsprodukt 2	1	B	6,5	C
Vergleichsprodukt 3	0	A	8,5	C
Vergleichsprodukt 4	2	C	4,0	C
Vergleichsprodukt 5	0	A	9,0	C
Vergleichsprodukt 6	2	C	8,0	C
Vergleichsprodukt 7	3	C	10,0	B
Vergleichsprodukt 8	2	C	9,0	C
Vergleichsprodukt 9	3	C	8,0	C

Ausgehend von den in Tabelle 5 dargestellten Ergebnissen betrug in sämtlichen Erfindungsprodukten die Anzahl an Ecken, an denen sich bei Bruch Risse zu anderen Ecken ausbreiteten, „0“ und die Verarbeitungslänge bis zu der Standzeit betrug 10,0 m oder mehr. Indes betrug in den Vergleichsprodukten 4 und 6 bis 9 die Anzahl an Ecken, an denen sich bei Bruch Risse zu anderen Ecken ausbreiteten, „2 oder mehr“ und in den Vergleichsprodukten 1 bis 6 und 8 bis 9 betrug die Verarbeitungslänge bis zu der Standzeit weniger als 10,0 m. Somit ist ersichtlich, dass die Erfindungsprodukte im Vergleich zu den Vergleichsprodukten bezüglich Bruchfestigkeit im Allgemeinen überlegen sind.
Aus den obenstehenden Ergebnissen geht hervor, dass die Erfindungsprodukte eine hervorragende Bruchfestigkeit aufwiesen und somit eine längere Standzeit aufwiesen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das beschichtete Schneidwerkzeug der Erfindung weist eine hervorragende Bruchfestigkeit auf und ermöglicht somit die Verlängerung einer Standzeit im Vergleich zu vorher und ist in solcher Hinsicht gewerblich anwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Hartmetall,
2: Verbundschicht,
3: Überzugsschicht,
4: Beschichtetes Schneidwerkzeug,
5: Gaseinleitungsvorrichtung,
6: Gasausblasloch,
7: Spannvorrichtung, auf welcher ein beschichtetes Schneidwerkzeug montiert ist,
8: Abstand zwischen einem beschichteten Schneidwerkzeug und einer Spannvorrichtung,
9: Chemische Gasphasenabscheidungsvorrichtung,
10: Heizeinrichtung,
11: Reaktionsgefäß,
12: Gasabfuhrrohr.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019155570 A [0005]

Claims

Beschichtetes Schneidwerkzeug, aufweisend ein Hartmetall und eine auf dem Hartmetall ausgebildete Überzugsschicht, wobei das beschichtete Schneidwerkzeug derart eingerichtet ist, dass das beschichtete Schneidwerkzeug eine Spanfläche, eine Freifläche und einen Schneidkantenlinienteil aufweist, welcher sich zwischen der Spanfläche und der Freifläche befindet, die Überzugsschicht eine Verbundschicht aufweist, welche eine Verbindung mit einer durch die folgende Formel (1) dargestellten Zusammensetzung enthält: (Al_xTi_1-x)N (1) (in Formel (1) steht x für das Atomverhältnis von elementarem Al relativ zu der Gesamtheit von elementarem Al und elementarem Ti und erfüllt 0,70 ≤ x ≤ 0,90), wenn die durchschnittliche Dicke der Überzugsschicht in dem Schneidkantenlinienteil als T₁ ausgedrückt wird und die durchschnittliche Dicke der Überzugsschicht in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position als T₂ ausgedrückt wird, T₁ 4,0 µm oder mehr und 10,0 µm oder weniger beträgt, T₂ 2,0 µm oder mehr und 7,0 µm oder weniger beträgt, und T₂ < T₁ erfüllt ist, und wenn die Eigenspannung des Hartmetalls in dem Schneidkantenlinienteil als S₁ ausgedrückt wird und die Eigenspannung des Hartmetalls in der Spanfläche an einer 2 mm oder mehr von dem Schneidkantenlinienteil in Richtung der Spanfläche entfernten Position als S₂ ausgedrückt wird, S₂ < S₁ erfüllt ist.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Eigenspannung S₁ -0,5 GPa oder mehr und 0,0 GPa oder weniger beträgt, und die Eigenspannung S₂ -2,0 GPa oder mehr und -0,3 GPa oder weniger beträgt.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Differenz T₁ - T₂ zwischen der durchschnittlichen Dicke T₁ und der durchschnittlichen Dicke T₂ 1,0 µm oder mehr und 4,0 µm oder weniger beträgt.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Hartmetall der Anteil von Messpunkten, an denen Wolframcarbid (WC) einen KAM-Wert von 1° oder weniger besitzt, 90% oder mehr und 98% oder weniger beträgt.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hartmetall auf einer WC-Phase basiert, Co in einem Anteil von 5,0 Massen-% oder mehr und 15,0 Massen- % oder weniger enthält, und Cr in einem Anteil von 0,3 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger als Cr₃C₂ enthält.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Überzugsschicht eine untere Schicht zwischen dem Hartmetall und der Verbundschicht aufweist, welche eine Ti-Verbindung, aufweisend elementares Ti und mindestens ein Element, welches aus der Gruppe bestehend aus C, N, O und B ausgewählt ist, enthält.