DE10361321A1

DE10361321A1 - Wegwerfspitze und Schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE10361321A1
Application number: DE10361321A
Authority: DE
Inventors: Takashi Sendai Tokunaga
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: CN100566895C; DE10361321B4; US7413591B2; CN1509832A; US20040137219A1

Abstract

Die Wegwerfspitze hat die Form einer im wesentlichen flachen Platte, die 1 bis 30 Gew.-% Binderphase, die zumindest einen Vertreter von Co und Ni umfaßt, sowie 70 bis 99 Gew.-% Carbonitridphase umfaßt, die ein Verbundmetall-Carbonitrid von Ti und einer oder mehreren Arten von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti umfaßt, wobei die mittlere Korngröße der Carbonitridphase 1,5 mum oder weniger ist, während Biegefestigkeits-Teststücke, die aus zehn Wegwerfspitzen, einschließlich ihrer Seitenfläche, herausgeschnitten sind, Biegefestigkeiten mit einem Weibull-Koeffizienten von 5 oder höher zeigen. Wegwerfspitzen mit einer feinen Carbonitridphasenstruktur und hohem Schneidvermögen können mit geringerer Streuung unter den einzelnen Wegwerfspitzen hergestellt werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegend Erfindung betrifft eine Wegwerfspitze, die aus Cermet hergestellt ist, sowie ein Schneidwerkzeug mit hohem Schneidvermögen und insbesondere eine aus Cermet hergestellte Wegwerfspitze und ein Schneidwerkzeug mit einer feinen Mikrostruktur mit geringeren Unterschieden der Eigenschaften unter den einzelnen Stücken.

Solcher Cermet, der aus einer Carbonitridphase, die ein Verbundmetall-Carbonitrid von Ti und mindestens einer Art von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti umfaßt, und einer Binderphase aus Co und/oder Ni besteht, und Wegwerfspitzen, die aus solchem Cermet gefertigt sind, dessen Oberfläche mit der Carbonitridphase als Abdeckschicht beschichtet ist, wie beispielsweise TiC, TiN oder TiCN, die durch einen chemischen Abscheidungs- oder physikalischen Abscheidungsprozeß gebildet wurde, wurden für das kontinuierliche Schneiden oder intermittierende Schneiden von Werkstücken, die aus Stahl oder dergleichen gefertigt sind, verwendet (siehe z.B. die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 5-222551 und die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 4-289003).

Es ist Praxis, die Korngröße der Carbonitridphase von Cermet zu kontrollieren, um die Härte und Festigkeit des Cermets zu erhöhen und so die Verschleißfestigkeit und die Beständigkeit gegen das Absplittern ("chipping") der Wegwerfspitze zu erhöhen. Beispielsweise wurde in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5-192804 und der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 6-17229 beschrieben, die mittlere Korngröße im Inneren des Cermets auf 2 um oder weniger einzustellen.

Obwohl es unverzichtbar ist, ein Feinpulver als Ausgangsmaterial herzustellen, um die Carbonitridphase so zu kontrollieren, daß sie aus feinen Körnern besteht, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5-192804 und der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 6-17229 beschrieben, führt dies dennoch zu einem Problem, da das Materialpulver, wie beispielsweise die Carbide, Nitride und Carbonitride, welche die Carbonitridphase bilden, agglomerieren, und macht es erforderlich, die Brenntemperatur zu erhöhen, weil das Material schwierig zu sintern wird. Im Ergebnis beschleunigen sich das Schmelzen und/oder die Zersetzung der Binderphase, was zu einer inhomogenen Struktur in Folge der Segregation der Binderphase, der Erzeugung von Hohlräumen auf der Oberfläche und/oder im Inneren des gesinterten Materials führt, was zu beträchtlichen Unterschieden der mechanischen Eigenschaften und des Schneidvermögens unter so gefertigten Wegwerfspitzen führt.

Folglich war es notwendig, die Parameter für die Verwendung eines Ersatzwerkzeugeinsatzes auf die Parameter bei der Verwendung einer Wegwerfspitze mit niedrigem Schneidvermögen einzustellen, wenn die Wegwerfspitze, die zur Bearbeitung einer vorgegebenen Zahl von Werkstücken verwendet wurde, automatisch gewechselt wird, unabhängig vom Verschleißzustand, und selbst wenn eine Wegwerfspitze mit hoher Performance ausgebildet wird, kann die hohe Performance nicht genutzt werden und die Kosten des Werkzeugs erhöhen sich.

Wegwerfspitzen, die bei Metallschneidearbeiten verwendet werden, sind hauptsächlich aus Hartmetall gefertigt, das aus einer aus Wolframcarbid gefertigten Carbonitridphase besteht, die von einer Binderphase aus Co (z.B. ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 8-57703 und ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2001-329331) zusammengehalten wird, und aus Cermet auf TiCN-Basis, das aus einer Carbonitridphase besteht, die aus Verbundmetall-Carbonitrid von Ti und mindestens einer Art von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti gefertigt ist, die von einer Binderphase aus Co und/oder Ni (z.B. ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2001-277008 und ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 9-239605) zusammengehalten wird. Schneidwerkzeuge, die auf Hartmetall gefertigt sind, kommen in vielfältigen Anwendungen zum Einsatz, die vom Grobschneiden bis zur Endbearbeitung reichen, und aus Cermet auf TiCN-Basis gefertigte Wegwerfspitzen werden in Folge ihrer hohen Verschleißfestigkeit und besseren Eigenschaft bezüglich der Beständigkeit gegenüber der Reaktion mit Stahl bei der Endbearbeitung verwendet.

In den vergangenen Jahren fürchtet man jedoch eine Erschöpfung der Ressourcen für Wolframcarbid. Entsprechend nimmt die Nachfrage nach Wegwerfspitzen zu, die aus Cermet auf TiCN-Basis gefertigt sind, die ein hohes Schneidvermögen in vielen Anwendungen, insbesondere bei groben Schneidarbeiten zeigen.

Das Schneidwerkzeug erfährt jedoch größere Belastungen beim Grobschneiden als beim Endbearbeiten. Im Ergebnis splittern die aus Cermet auf TiCN-Basis gefertigten Wegwerfspitzen, die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2001-277008 und der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 9-239605 offenbart sind, in Folge der Belastung bei den Schneidarbeiten wahrscheinlich vorzeitig ab, wenn sie bei groben Schneidarbeiten verwendet werden und zeigen so eine schlechtere Performance als Schneidwerkzeuge, die aus Hartmetall gefertigt sind.

Darüber hinaus zeigt, da neue schwer zu schneidende Metalle, wie Pb-freier Automatenstahl in die Anwendung gebracht werden, das Cermet auf TiCN-Basis des Standes der Technik kein ausreichendes Schneidvermögen bei der Endbearbeitung. Entsprechend besteht Bedarf nach Cermet mit besserem Schneidvermögen bei der Endbearbeitung, für die Cermet vorzugsweise verwendet wurde.

Zusammenfassung der Erfindung

Bei der Forschung zur Lösung der zuvor beschriebenen Probleme hat der Erfinder gefunden, daß die Verläßlichkeit des Schneidvermögens einer Wegwerfspitze verbessert werden kann, indem die Körner einer Carbonitridphase feiner gemacht werden und die Streuung der Biegefestigkeit der Wegwerfspitze reduziert wird.

Die erfindungsgemäße Wegwerfspitze hat die Form einer im wesentlichen flachen Platte, die aus 1 bis 30 Gew.% einer Binderphase, die mindestens einen Vertreter von Co und Ni enthält, und 70 bis 99 Gew.% einer Carbonitridphase besteht, die aus Verbundmetall-Carbonitrid, das Ti und mindestens eine Art von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti umfaßt, hergestellt ist, wobei die mittlere Korngröße der Carbonitridphase 1,5 um oder weniger ist, während Biegefestigkeit-Teststücke, die aus zehn Wegwerfspitzen, einschließlich ihrer Seitenfläche herausgeschnitten wurden, Biegefestigkeiten mit einem Weibull-Koeffizienten von 5 oder höher zeigen.

Es ist bevorzugt, daß mindestens 50 % der Bruchursprünge, die an der Bruchoberfläche nach dem Biegefestigkeitstest der Teststücke beobachtet werden, aus Hohlräumen bestehen, bei denen ein Teil oder die gesamte Wandoberfläche mit einer aus der Binderphase bestehenden Haut bedeckt sind. Dieser Aufbau ermöglicht es, die Eigenschaften der groben Hohlräume zu kontrollieren, welche die bedeutendste Ursache von Streuung der Eigenschaften der Wegwerfspitzen (feines Mikrokorn-Cermet) bilden, so daß diese weniger zum Bruch neigen, wodurch der Effekt des Bruchursprungs, der in dem gesinterten Material vorliegt, minimiert wird und die Streuung der Eigenschaften der Wegwerfspitze unterdrückt wird.

Ebenso kann eine Wegwerfspitze für das Grobschneiden, welche ein Schneidvermögen besitzt, das demjenigen von Hartmetall entspricht oder höher ist, oder eine Wegwerfspitze für die Endbearbeitung, welche ein hohes Schneidvermögen mit hoher Beständigkeit gegen das Absplittern und hohe Verschleißfestigkeit während der Endbearbeitung besitzt, erhalten werden, indem der Gehalt an Ti und der Binderphase und die Korngröße der Carbonitridphase kontrolliert werden.

Die erfindungsgemäße Wegwerfspitze für das Grobschneiden besteht aus der Binderphase, die mindestens einen Vertreter aus Co und Ni als Hauptkomponente enthält, und der Carbonitridphase, die aus Carbonitrid von hauptsächlich Ti und anderen Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems besteht, wobei der Gesamtgehalt an Co und Ni in einem Bereich von 15 bis 22 Gew.% liegt, und 55 bis 80 Gew.% Ti in einer Menge, bezogen auf den Gesamtgehalt an Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, enthalten ist, wobei die Carbonitridphase im Cermetkörper eine mittlere Kristallkorngröße in einem Bereich von 0,5 bis 1 μm besitzt.

Die erfindungsgemäße Wegwerfspitze für die Endbearbeitung besteht aus der Binderphase, die mindestens einen Vertreter von Co und Ni als Hauptkomponente enthält, und der Carbonitridphase, die aus Carbonitrid von hauptsächlich Ti und anderen Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems besteht, wobei der Gesamtgehalt an Co und Ni in einem Bereich von 4 bis 14 Gew.% liegt und 55 bis 80 Gew.% Ti, bezogen auf den Gesamtgehalt an Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, enthalten ist, während die Carbonitridphase im mittleren Teil eine mittlere Kristallkorngröße in einem Bereich von 0,5 bis 1 μm besitzt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine Bruchoberfläche in der Nähe eines Bruchursprungs des Teststücks Nr. II-4 eines Beispiels nach dem Biegefestigkeitstest, die mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) beobachtet wurde.

2 ist ein Schaubild, welches das Ergebnis der energiedispersiven Spektroskopie (EDX) zur Identifikation der Elemente, die die Schicht der Binderphase von 1 bilden, zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Erste Ausführungsform

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wegwerfspitze beschrieben.

Zuerst werden die folgenden Komponenten (1) bis (3) gewogen und in vorgegebenen Anteilen vermischt:

(1) ein TiCN-Pulver,
(2) ein Carbidpulver, ein Nitridpulver und ein Carbonitridpulver, die mindestens eine Art von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti enthalten, insbesondere W, Mo, Ta, V, Zr und Nb, und
(3) eine Binderphase bildende Komponenten, die aus mindestens einem Vertreter aus Co- und Ni-Pulver bestehen.

Die Komponenten, welche die Carbonitridphase bilden, haben alle eine mittlere Korngröße in einem Bereich von 0,2 bis 0,9 μm, vorzugsweise von 0,5 bis 0,8 μm. Durch Festlegen der mittleren Korngröße in diesem Bereich kann unterdrückt werden, daß die Binderphase agglomeriert und so einen Teil bildet, der ein Bruchursprung in der Cermetstruktur werden kann, und daß in Folge der Elution der agglomerierten Binderphase Hohlräume erzeugt werden, was zu einer größeren Streuung der Biegefestigkeit führt, und die Biegefestigkeit des Cermets als ganzes kann erhöht werden. Wenn die mittlere Korngröße kleiner als 0,2 μm ist, agglomeriert die Binderphase und bildet so einen Teil, der ein Bruchursprung in der Cermetstruktur werden kann, und Hohlräume werden in Folge von Elution der agglomerierten Binderphase erzeugt, was zu einer größeren Streuung der Biegefestigkeit führt. Wenn die mittlere Korngröße größer als 0,9 μm ist, kann sich die Biegefestigkeit des Cermets als ganzes verringern.

Die Komponenten, welche die Binderphase bilden, haben eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,05 bis 1 μm, vorzugsweise 0,3 bis 0,6 μm. Durch Festlegung der mittleren Korngröße in diesem Bereich kann unterdrückt werden, daß die Binderphase agglomeriert und so einen Teil bildet, der einen Bruchursprung bildet, und daß in Folge der Elution der agglomerierten Binderphase und/oder Metallen in dem agglomerierten Teil, welcher der Bruchursprung werden kann, Hohlräume erzeugt werden, und ferner kann die Binderphase gleichmäßig verteilt werden. Wenn die mittlere Korngröße kleiner als 0,05 μm ist, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Binderphase agglomeriert und so einen Teil bildet, der einen Bruchursprung bildet, und es besteht die Wahrscheinlichkeit, daß sich in Folge der Elution der agglomerierten Binderphase und/oder von Metallen in dem agglomerierten Teil, welche der Bruchursprung werden kann, Hohlräume bilden. Wenn die mittlere Korngröße größer als 1 μm ist, verteilt sich die Binderphase wahrscheinlich ungleichmäßig.

Unter den Komponenten, welche die Carbonitridphase bilden, wird zumindest das TiCN-Pulver so kontrolliert, daß es einen Sauerstoffgehalt von 1 Gew.% oder weniger, vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 bis 0,8 Gew.%, besitzt. Durch Festlegen des Sauerstoffgehalts in diesem Bereich kann unterdrückt werden, daß sich in dem gesinterten Material Hohlräume bilden und/oder die Binderphase agglomeriert, was zur Streuung der Biegefestigkeit des gesinterten Materials führt und in größeren Unterschieden des Schneidvermögens der Wegwerfspitze resultiert. Wenn der Sauerstoffgehalt im TiCN-Pulver mehr als 1 Gew.% ist, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, daß sich in dem gesinterten Material Hohlräume bilden und/oder die Binderphase agglomeriert, was zur Streuung der Biegefestigkeit des gesinterten Materials führt und in größeren Unterschieden des Schneidvermögens der Wegwerfspitze resultiert.

Die Komponenten, welche die Carbonitridphase bilden, und die Komponenten, welche die Binderphase bilden, werden in solchen Anteilen vermischt, daß der Gehalt an Komponenten, welche die Carbonitridphase bilden, 70 bis 99 Gew.% ist, insbesondere 80 bis 90 Gew.%, und der Gehalt an Komponenten, welche die Binderphase bilden, 1 bis 30 Gew.%, insbesondere 10 bis 20 Gew.% ist. Durch Festlegung in diesem Bereich kann es möglich werden, eine feine Mikrostruktur von Legierung auszubilden, und das Cermet kann ausreichende Härte haben, was zu niedriger Verschleißfestigkeit der Wegwerfspitze führt. Wenn der Gehalt an Komponenten, welche die Carbonitridphase bilden, weniger als der zuvor beschriebene Bereich ist, oder der Gehalt an Komponenten, welche die Binderphase bilden, höher als der zuvor beschriebene Bereich ist, kann es unmöglich werden, eine feine Mikrostruktur von Legierung zu bilden, während die feinen Körner der Carbonitridphase beibehalten werden. Wenn der Gehalt an Komponenten, welche die Carbonitridphase bilden, mehr ist als der oben beschriebene Bereich oder der Gehalt an Komponenten, welche die Binderphase bilden, weniger ist als der oben beschriebene Bereich, kann das Cermet ungenügende Härte haben, was zu einer niedrigen Verschleißfestigkeit der Wegwerfspitze führt.

Dann werden die Pulver gemischt und mit einer Rührwerkskugelmühle grob gemahlen und so ein gemischtes Pulver mit einer mit einem Mikroabtastverfahren ("micro track method") gemessenen solchen Partikelgrößenverteilung, daß der Anteil von Partikeln nicht kleiner als 1 μm 10 Gew.% oder weniger ist, erhalten. Dies ermöglicht es zu verhindern, daß grobe Körner in dem gesinterten Cermet enthalten sind, zu verhindern, daß die Oberfläche des gesinterten Materials durch die Erzeugung grober Körner aufgerauht wird, und die Unterschiede in der Struktur zu unterdrücken, wodurch ein Cermet mit homogener Struktur gebildet wird. Um den Anteil von Partikeln von nicht kleiner als 1 μm innerhalb von 10 Gew.% zu halten, kann der Vorgang des Grobvermahlens angehalten werden, wenn die zuvor beschriebene Partikelgrößenverteilung erreicht wurde, oder das Pulver kann erforderlichenfalls der Klassierung unterzogen werden.

Das gemischte Pulver wird in die Form einer Wegwerfspitze geformt und durch die folgenden Schritte gesintert:

(a) Erhöhen der Temperatur von Raumtemperatur auf eine Brenntemperatur A in einem Bereich von 1.100 bis 1.250°C,
(b) Erhöhen der Temperatur von der Brenntemperatur A auf 1.300°C mit einer Geschwindigkeit a in einem Bereich von 0,5 bis 3°C/min,
(c) Erhöhen der Temperatur von 1.300 C auf eine Brenntemperatur B in einem Bereich von 1.400 bis 1.500°C mit einer Geschwindigkeit b in einem Bereich von 5 bis 15°C/min,
(d) Erhöhen der Temperatur auf eine Brenntemperatur C in einem Bereich von 1.500 bis 1.600°C mit einer Geschwindigkeit c in einem Bereich von 4 bis 14°C/min, welche niedriger ist als die Geschwindigkeit b, und
(e) Verringern der Temperatur.

Wenn die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung a im Schritt (b) niedriger als 0,5°C/min ist, wachsen Körner in der Carbonitridphase. Wenn die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung a höher als 3°C/min ist, schmelzen die Komponenten, welche die Binderphase bilden, teilweise und bilden einen agglomerierten Teil der Binderphase.

Wenn die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung b im Schritt (c) niedriger als 5°C/min ist, wachsen Körner im gesamten gesinterten Material, was es unmöglich macht, die mittlere Korngröße der Carbonitridphase innerhalb von 1,5 μm zu halten, was in einer niedrigen Beständigkeit gegen das Absplittern resultiert. Wenn die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung b höher als 15°C/min ist, wird das Kornwachstum im gesinterten Material ungleichmäßig und ein Weibull-Koeffizient der Wegwerfspitze wird in Folge von lokaler Koagulation der Binderphase und unnormalem Kornwachstum niedriger als 5. Wenn die Brenntemperatur B niedriger als 1.400°C ist, kann sich beim einleitenden Sintern im Schritt (b) die Flüssigphase nicht ausreichend entwickeln. Wenn die Brenntemperatur B höher als 1.500°C ist, entwickelt sich die Flüssigphase übermäßig, was zur Erzeugung vieler Hohlräume an der Oberfläche des Cermetsubstrats führt. In beiden Fällen wird der Weibull-Koeffizient der Wegwerfspitze kleiner als 5.

Wenn die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung c im Schritt (d) niedriger als 4°C/min ist, wachsen Körner der Carbonitridphase bis zu 1,5 μm oder größer auf der Oberfläche des Substrats, was zu einer niedrigeren Beständigkeit gegen das Absplittern führt. Wenn die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung c höher als 14°C/min ist, wird die Struktur des gesinterten Materials inhomogen, was zu einer niedrigeren Verschleißfestigkeit führt. Zusätzlich kann, wenn die Brenntemperatur C niedriger als 1.500°C ist, das Substrat nicht ausreichend dicht gemacht werden und Hohlräume und andere Fehlstellen verbleiben im gesinterten Material, was zu einem Weibull-Koeffizienten der Wegwerfspitze unter 5 führt. Wenn die Brenntemperatur C höher als 1.600°C ist, wird das Material mit aufgerauhter Oberfläche übersintert und der Weibull-Koeffizient der Wegwerfspitze wird niedriger.

Beim Brennen unter den zuvor beschriebenen Brennbedingungen verbessert die Verwendung einer festen Lösung von Co und Ni als Material das Sinterverhalten und ermöglicht es, das Auftreten offener Poren auf der Oberfläche des gesinterten Materials und das Entstehen von Sinterungsdefekten zu verhindern.

Das so erhaltene Cermetsubstrat wird, nachdem es gewünschtenfalls einer Oberflächenbehandlung, wie Polieren, unterzogen wurde, durch einen chemischen Abscheidungs- oder physikalischen Abscheidungsprozeß mit einer oder mehreren Carbonitridschichten beschichtet und so die erfindungsgemäße, aus Cermet gefertigte Wegwerfspitze hergestellt. Als Beschichtungsverfahren wird ein physikalischer Abscheidungsprozeß, welcher mit weniger Reaktion mit dem Cermetsubstrat verbunden ist, vorzugsweise verwendet, um die Carbonitrid-Beschichtung, die aus feinen Körnern besteht, auszubilden.

Die im oben beschriebenen Verfahren hergestellte Wegwerfspitze hat die Form einer im wesentlichen flachen Platte, die aus Cermet gefertigt ist, das aus einer Carbonitridphase besteht, die Verbundmetall-Carbonitrid aus Ti und mindestens einer Art von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti umfaßt, welche durch die aus Co und Ni bestehende Binderphase zusammengehalten wird. Die Wegwerfspitze hat eine mittlere Korngröße der Carbonitridphase von 1,5 μm oder weniger, vorzugsweise von 0,3 bis 1,0 μm, während die Biegefestigkeits-Teststücke, die aus zehn Wegwerfspitzen herausgeschnitten wurden, Biegefestigkeiten mit einem Weibull-Koeffizienten von 5 oder höher, vorzugsweise 7 oder höher und mehr bevorzugt 10 oder höher zeigen, wobei sie eine geringe Streuung der Eigenschaften besitzen.

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf eine Wegwerfspitze gerichtet, welche die folgenden einzelnen Merkmale (a) bis (d) besitzt, welche mit einer daran angebrachten Schneidkante zur Bearbeitung eines Werkstücks verwendet wird:

(a) 1 bis 30 Gew.% einer Binderphase, die mindestens einen Vertreter von Co und Ni umfaßt, und 70 bis 99 Gew.% einer Carbonitridphase, die Carbonitrid von Ti und einer oder mehreren Arten von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti umfaßt, sind enthalten;
(b) die mittlere Korngröße der Carbonitridphase ist 1,5 μm oder weniger;
(c) die Form ist eine im wesentlichen flache Platte; und
(d) Die Biegefestigkeits-Teststücke, die aus zehn Wegwerfspitzen, einschließlich der Seitenflächen der Wegwerfspitzen, herausgeschnitten sind, zeigen einen Weibull-Koeffizienten von 5 oder höher für die Biegefestigkeit.

Der vorerwähnte Weibull-Koeffizient der Biegefestigkeit wird nach JIS R1625 aus Messungen berechnet, die nach JIS R1601 für eine andere als die Form der Teststücke (10 oder mehr Teststücke mit der Form eines rechteckigen Prismas, das aus der Wegwerfspitze herausgeschnitten werden kann), die aus der Wegwerfspitze, einschließlich ihrer Seitenfläche, herausgeschnitten wurden, durchgeführt wurden.

Dabei haben die nach JIS R1601 definierten Teststücke die Beziehung, daß eine Schnittoberfläche (Länge und Breite) und Spannweite ("span") während dem Biegefestigkeitstest im Verhältnis vertikal:horizontal:Spannweite = 3mm:4mm:30mm ist. Die Seitenfläche (Relieffläche, "relief surface") wird an der Zugoberfläche (gegenüber der belasteten Oberfläche) angebracht, die Last wird vom mittleren Teil der Oberseite des Teststücks ausgeübt, wobei der Abstand (Spannweite) der Träger, welche die Unterseite (die Zugoberfläche) des Teststücks tragen, auf 30 mm eingestellt wird, und die Last, unter welcher das Teststück bricht, wird bestimmt.

Da jedoch die Größe vieler Wegwerfspitzen gering ist, kann die Größe des Teststücks, die in JIS R1601 spezifiziert ist, in vielen Fällen nicht genommen werden. In einem solchen Fall ist die Form des Teststücks die größte rechteckige Säulenform, die aus der Wegwerfspitze, einschließlich der Seitenfläche (Relieffläche) herausgeschnitten werden kann, mit einem Verhältnis von vertikal:lateral:Spannweite = 3:4:30.

Bei anderen Schneidwerkzeugen als einer Wegwerfspitze, wie beispielsweise einem Fingerfräser und einem Bohrer, welche von der Schneidkante bis zum Schaftteil aus dem Cermet gebildet sind, wird das Teststück, welches dem vorerwähnten Biegetest unterzogen wird, aus der Wegwerfspitze, einschließlich der Oberfläche, herausgeschnitten, wobei das Verhältnis vertikal:lateral:Spannweite = 3:4:30 ist.

In der aus Cermet gefertigten Wegwerfspitze gemäß dieser Ausführungsform ist die größte Kristallkorngröße, welche der Bruchursprung werden kann, wie beispielsweise unnormale Körner und Hohlräume, die an der Bruchoberfläche der Wegwerfspitze nach dem Biegefestigkeitstest beobachtet werden, 10 μm (Durchmesser) oder weniger, vorzugsweise 5 μm (Durchmesser) oder weniger und mehr bevorzugt 3 μm (Durchmesser) oder weniger. Dies erhöht die Biegefestigkeit des Cermets und verbessert die Beständigkeit der Wegwerfspitze gegen das Absplittern. Im Ergebnis kann der Weibull-Koeffizient der Wegwerfspitze erhöht werden und die Streuung des Schneidvermögens der Wegwerfspitze kann verringert werden.

Es ist bevorzugt, daß das Cermetsubstrat an seiner Oberfläche eine an Binderlegierung angereicherte Zone besitzt, wo die Konzentration der Binderphase (Co-Gehalt + Ni-Gehalt) allmählich ansteigt. Das heißt, das Cermet hat eine Oberflächenzone mit Anreicherung der Binderlegierung. Dies ermöglicht es, die zwischen der Carbonitrid-Beschichtung und dem Cermetsubstrat erzeugte Zugspannung zu mäßigen und so die Bindungsfestigkeit zwischen der Carbonitrid-Beschichtung und dem Cermetsubstrat in hohem Maße zu erhöhen und die Beständigkeit der Wegwerfspitze gegen das Absplittern zu verbessern.

Um die Wärmeleitfähigkeit der Oberfläche des Cermetsubstrats auf TiCN-Basis zu erhöhen, wo die Temperatur in Folge einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit dazu neigt, hoch zu werden, während die Bindungsfestigkeit der Carbonitrid-Beschichtung beibehalten wird, ist es bevorzugt, daß die Dicke der an Binderlegierung angereicherten Zone in einem Bereich von 0,01 bis 5 μm ist und vorzugsweise von 1 bis 3 μm. Ferner ist es, um die plastische Deformation der Kante des Schneidwerkzeugs zu unterdrücken, bevorzugt, daß die Dicke der an Binderlegierung angereicherten Zone in einem Bereich von 1 bis 2,5 μm liegt.

Im Hinblick auf das Sinterverhalten, die Verschleißfestigkeit und die Beständigkeit gegen plastische Deformation ist der Gehalt an Binderphase vorzugsweise 1 bis 30 Gew.%. Wenn der Gehalt an Binderphase weniger als 1 Gew.% ist, kann ein gewünschtes Niveau von Festigkeit und Verschleißfestigkeit nicht erzielt werden. Wenn der Gehalt an Binderphase 30 Gew.% übersteigt, kann die Verschleißfestigkeit drastisch abfallen. Ein bevorzugter Gehalt an Binderphase ist in einem Bereich von 4 bis 20 Gew.%.

Das für die erfindungsgemäße Wegwerfspitze verwendete Cermet hat die Carbonitridphase, die aus Verbundmetall-Carbonitrid von Ti und mindestens einem Vertreter ausgewählt aus einer Gruppe von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti, insbesondere zumindest einem Vertreter, ausgewählt aus W, Zr, V, Ta, Nb und Mo, besteht. Die Carbonitridphase wird insbesondere vorzugsweise in Doppelkern- oder Dreifachkern-Struktur verarbeitet, die aus einem aus Ti(TiCN) gefertigten Kern und einem Randbereich besteht, der aus einer Verbindung, die aus Ti und mindestens einem Vertreter von W, Mo, Ta und Nb besteht, gefertigt ist, da dieser Aufbau den Effekt der Kontrolle des Kornwachstums hat, was es ermöglicht, eine feine und homogene Struktur des Cermetsubstrats zu bilden und zur Erhöhung der Bindefestigkeit mit der Binderphase und der Festigkeit des Cermets beiträgt. Erfindungsgemäß kann das Vorliegen einer geringen Menge mindestens eines Vertreters, ausgewählt aus Carbidphase und Nitridphase, in der Carbonitridphase zugelassen werden.

Unter Berücksichtigung der Bindungsfestigkeit mit der Carbonitrid-Beschichtung, der Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und der Unterdrückung der plastischen Deformation ist es bevorzugt, daß die mittlere Korngröße r₁ der Carbonitridphase auf der Oberfläche des Cermetsubstrats größer ist als die mittlere Korngröße r₂ im Inneren des Cermetsubstrats und es ist mehr bevorzugt, daß r₁ = 0,5 bis 2 μm und r₂ = 0,2 bis 1 μm.

Ferner kann das Cermetsubstrat erfindungsgemäß auf seiner Oberfläche mit einer Carbonitrid-Beschichtung (nachfolgend als Beschichtung auf Ti-Basis bezeichnet) mit der Zusammensetzung (Ti_x,M_1-x)(CyN_1-y) (worin M mindestens ein Vertreter von Al, Si und Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti ist, 0,4 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1) beschichtet sein. Die Beschichtung auf Ti-Basis wird vorzugsweise direkt über dem Basismaterial von Cermet ausgebildet. Darüber hinaus ist es bevorzugt, Beschichtung mit einer Carbonitrid-Beschichtung vorzusehen, die aus (Ti,M1)N (worin M1 einen Vertreter, ausgewählt aus Al, Si, Zr und Cr bedeutet), vorzugsweise aus (Ti_x,Al_1-x) gefertigt ist, um hohe Härte und hohe Wärmebeständigkeit, einschließlich Hochtemperaturstabilität sicherzustellen.

Außer der Beschichtung auf Ti-Basis kann die Carbonitrid-Beschichtung aus einem Vertreter aus Diamant, kubischem Bornitrid, Alumina, Carbid, Nitrid und Carbonitrid von Zr, Hf, Cr oder Si gefertigt sein.

Zweite Ausführungsform

Das Cermet dieser Ausführungsform besteht aus 1 bis 30 Gew.% Binderphase, die mindestens einen Vertreter von Co und Ni umfaßt, und 70 bis 99 Gew.% einer Carbonitridphase, die Verbundmetall-Carbonitrid von Ti und mindestens einer Art von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti umfaßt. Die Hauptmerkmale des Cermets sind, daß eine mittlere Korngröße der Carbonitridphase 1,5 μm oder weniger, vorzugsweise 0,3 bis 1,0 μm ist, während mindestens 50 %, insbesondere 80 % oder mehr der Bruchursprünge, die an der Bruchoberfläche von Biegefestigkeits-Teststücken beobachtet werden, die aus dem Cermet herausgeschnitten wurden, nach dem Biegefestigkeitstest aus Hohlräumen bestehen, bei denen ein Teil oder die gesamte Wandoberfläche mit einem Beschichtungsfilm bedeckt ist, der aus der Binderphase besteht (nachfolgend als Binderphasenfilm bezeichnet). Dieser Aufbau ermöglicht es, daß es weniger wahrscheinlich wird, daß grobe Hohlräume, welche die bedeutendste Ursache von Streuung von Eigenschaften des feinkörnigen Cermets sind, zerstört werden, so daß der Einfluß des Bruchursprungs im gesinterten Material minimiert wird und so die Streuung von Eigenschaften des Cermets unterdrückt wird.

Im Ergebnis wird es möglich, daß Biegefestigkeits-Teststücke, die aus zehn Wegwerfspitzen herausgeschnitten wurden, die aus dem Cermet als Basismaterial gefertigt sind, Biegefestigkeit mit einem Weibull-Koeffizienten von 5 oder höher, vorzugsweise 7 oder höher und am meisten bevorzugt 10 oder höher, mit geringen Unterschieden der Eigenschaften zeigen.

Daß heißt, wenn der Bruchursprung Hohlräume sind, die an der Wandfläche mit dem Binderphasenfilm bedeckt sind, kann der Unterschied der Biegefestigkeit klein gemacht werden und die Eigenschaften des Cermets werden homogen, weil Hohlräume schwer zu zerstören sind. Im Fall, daß der Bruchursprung unnormale Körner sind, die durch Kornwachstum erzeugt werden, oder die Wandoberfläche nicht mit dem Binderphasenfilm bedeckt ist, können die unnormalen Körner oder Hohlräume durch eine geringe Last zerstört werden, was tendenziell zu beträchtlichen Unterschieden der Biegefestigkeit unter den Teststücken führt, was eine teilweise inhomogene Eigenschaft des Cermets bedeutet.

Es ist nicht notwendigerweise erforderlich, daß der Biegefestigkeitstest des Cermets nach dem JIS-Standard durchgeführt wird. Während der Biegefestigkeitstest an Cermet einer beliebigen Form mit einem beliebigen Verfahren durchgeführt werden kann, ist es bevorzugt, ein Testverfahren zu verwenden, das dem 3-Punkt-Biegefestigkeitstest ähnelt, da es ermöglicht, den Bruchursprung verläßlich zu identifizieren. Ein Beispiel eines Verfahrens zur Messung der Biegefestigkeit der Wegwerfspitze ist es, ähnlich zu dem der ersten Ausführungsform, eine Messung nach JIS R1601 durchzuführen, außer für eine solche Form des Teststücks, daß die Teststücke in die Form eines rechteckigen Prismas geschnitten werden, das aus der Wegwerfspitze einschließlich seiner Seitenfläche (Flanke) herausgeschnitten werden kann.

Die Größe der groben Hohlräume, welche den Bruchursprung ausmachen, die an der Bruchoberfläche der Wegwerfspitze nach dem Biegefestigkeitstest beobachtet werden, ist 10 μm oder weniger, vorzugsweise 5 μm oder weniger und mehr bevorzugt 3 μm oder weniger. Dies erhöht den Weibull-Koeffizienten der Wegwerfspitze und verringert die Unterschiede des Schneidvermögens der Wegwerfspitze.

Es ist ebenso bevorzugt, daß die Oberfläche des Binderphasenfilms der Hohlraumwand, welche der Bruchursprung werden kann, ein Wellenmuster in einem Abstand von 0,5 μm oder weniger hat, was den Effekt hat, daß die Entwicklung von Rissen unterdrückt wird. Ebenso ist es, um die Bindungsfestigkeit zwischen den Hohlräumen und dem Binderphasenfilm zu erhöhen und den Effekt der Unterdrückung von Rissen zu verbessern, wünschenswert, daß es Nadellöcher gibt, die spärlich im Binderphasenfilm verteilt sind, und daß es Carbonitridphasen gibt, die in den Nadellöchern hervorstehen.

Um die Entwicklung von Rissen zu unterdrücken, ist die mittlere Dicke des Binderphasenfilms vorzugsweise 5 μm oder weniger und mehr bevorzugt 3 μm oder weniger. Während der Binderphasenfilm zumindest einen Vertreter von Kobalt und Nickel enthält, ist der Gesamtgehalt an Metallelementen, welche die Carbonitridphase bilden, insbesondere Titan, Wolfram, Molybdän und Chrom, vorzugsweise 1 bis 20 Gew.%, um die Festigkeit des Binderphasenfilms zu erhöhen.

Das Verfahren zur Herstellung der wegwerfspitze ist im wesentlichen dasselbe wie das der ersten Ausführungsform. Das heißt, die Komponenten, welche die Carbonitridphase bilden und aus mindestens einem Vertreter aus TiCN-Pulver und Carbidpulver, Nitridpulver und Carbonitridpulver, die mindestens einer Art von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti, insbesondere einen Vertreter, ausgewählt aus W, Mo, Ta, V, Zr und Nb enthalten, bestehen, und die Komponenten, welche die Binderphase bilden und mindestens einen Vertreter aus Co- und Ni-Pulver enthalten, werden gewogen und in vorgegebenen Anteilen gemischt. Die mittlere Partikelgröße des TiCN-Pulvers, die mittlere Partikelgröße der Komponenten, welche die Binderphase bilden, und der Anteil der Komponenten, welche die Carbonitridphase bilden, und der Komponenten, welche die Binderphase bilden, können ebenso im wesentlichen dieselben wie in der ersten Ausführungsform sein.

Um das Cermet mit der oben beschriebenen Struktur zu erhalten, wird der Kohlenstoffgehalt in den Komponenten, welche die Binderphase bilden, so festgelegt, daß er in einen Bereich von 0,02 bis 0,40 Gew.%, vorzugsweise 0,15 bis 0,30 Gew.%, fällt. Wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Komponentenpulver, das die Binderphase bildet, weniger als 0,02 Gew.% ist, bildet sich der Binderphasenfilm nicht auf der Wandoberfläche der Hohlräume aus, welche im gesinterten Material entstehen, und die Hohlräume können mit einer geringen Last zerbrochen werden. Wenn der Kohlenstoffgehalt in dem Komponentenpulver, das die Binderphase bildet, mehr als 0,40 Gew.% ist, entstehen Hohlräume mit Größen von 200 μm oder mehr im gesinterten Material, und es treten Unterschiede der Biegefestigkeit des gesinterten Materials auf, was somit signifikante Unterschiede des Schneidvermögens unter den Wegwerfspitzen verursacht.

Ansonsten ist diese Ausführungsform dieselbe wie die erste Ausführungsform.

Dritte Ausführungsform

Die Wegwerfspitze (Schneidwerkzeug) dieser Ausführungsform ist aus Cermet auf TiCN-Basis gefertigt, das aus einer Binderphase, die mindestens einen Vertreter aus Co und Ni enthält, und einer Carbonitridphase besteht, die aus Carbonitrid von hauptsächlich Ti und anderen Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems besteht, und ist besonders geeignet für Grobschneidearbeiten.

Erfindungsgemäß betrifft die Grobschneidearbeit die Bearbeitung, insbesondere das Drehen, das unter feuchten oder trockenen Schneidbedingungen mit einem Vorschub von 0,30 mm pro Umdrehung oder mehr, Eingriffstiefe ("infeed") von 2,0 mm oder mehr und Schneidgeschwindigkeit von 250 m/min oder mehr durchgeführt wird.

Um das Schneidwerkzeug geeignet zu machen für solch grobe Schneidarbeiten, ist es wichtig, daß das Cermet auf TiCN-Basis Co und Ni in einem Gesamtgehalt von 15 bis 22 Gew.% enthält. Wenn der Gehalt an Binderphase weniger als 15 Gew.% ist, können die gewünschte Festigkeit und Schlagfestigkeit nicht erzielt werden. Wenn der Gehalt an Binderphase mehr als 22 Gew.% ist, verringert sich die Verschleißfestigkeit drastisch. In beiden Fällen führt die Verwendung dieses Materials zur Herstellung eines Werkzeugs für Grobschneidearbeiten zum Absplittern, zu plastischer Deformation und zum Verschleiß der Schneide des Werkzeugs und ein ausreichendes Schneidvermögen kann nicht erhalten werden.

Der Gehalt an Co und Ni ist vorzugsweise in einem Bereich von 16 bis 20 Gew.% und mehr bevorzugt in einem Bereich von 17 bis 19,5 Gew.%.

Das Cermet enthält 55 bis 80 Gew.% Ti, bezogen auf den Gesamtgehalt an Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems. Wenn der Gehalt an Ti weniger als 55 Gew.% ist, kann die für grobe Schneidarbeiten erforderliche Festigkeit nicht erzielt werden. Wenn der Gehalt an Ti mehr als 80 Gew.% ist, kann sich die Zähigkeit verringern, was zu einer niedrigen Schlagfestigkeit während den groben Schneidarbeiten führt. Der Gehalt an Ti ist vorzugsweise in einem Bereich von 65 bis 77 Gew.%.

Die Metalle der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, einschließlich Ti, bilden das Verbundmetall-Carbonitrid der Carbonitridphase. Die Carbonitridphase ist vorzugsweise in einer Doppelkern- oder Dreifachkern-Struktur gefertigt, die aus einem aus TiCN gefertigten Kern und einem Randbereich zusammengesetzt ist, der aus mindestens einem Vertreter von Verbundcarbid, Verbundnitrid und Verbundcarbonitrid von Ti und mindestens einer Art von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, insbesondere W, Mo, Ta und Nb, gefertigt ist, da dieser Aufbau die Wirkung hat, daß das Kornwachstum kontrolliert wird, was die Ausbildung einer feinen und homogenen Struktur des Cermetsubstrats ermöglicht und zur Erhöhung der Bindefestigkeit mit der Binderphase und der Festigkeit des Cermets beiträgt.

Die mittlere Kristallkorngröße der Carbonitridphase im mittleren Teil des Schneidwerkzeugs ist in einem Bereich von 0,5 bis 1 μm, vorzugsweise 0,6 bis 0,9 μm und mehr bevorzugt von 0,7 bis 0,9 μm. Wenn die mittlere Kristallkorngröße der Carbonitridphase kleiner als 0,5 μm ist, neigt die Carbonitridphase zum Agglomerieren, was in einer inhomogenen Struktur mit niedriger Schlagfestigkeit und geringer Härte des Cermets resultiert, was somit zu einer geringeren Beständigkeit gegen das Absplittern und einer geringeren Verschleißfestigkeit des Schneidwerkzeugs führt. Wenn die mittlere Kristallkorngröße der Carbonitridphase größer als 1 μm ist, verringert sich die Festigkeit des Cermets und die Beständigkeit der Wegwerfspitze gegen das Absplittern nimmt ab.

Es ist wünschenswert, daß es im erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug eine an Binderlegierung angereicherte Zone an der Oberfläche des Cermets gibt, wo die Konzentration der Binderphase allmählich ansteigt, ähnlich zu der ersten Ausführungsform. Die Gegenwart der an Binderlegierung angereicherten Zone ermöglicht es, die Wärmeleitfähigkeit der Schneidkante des Schneidwerkzeugs zu erhöhen, um so die Wärmeabgabe von der Schneidkante zu erhöhen und so die Beständigkeit gegen das Absplittern unter rauhen Schneidbedingungen beim groben Schneiden zu verbessern. Dies erzeugt den weiteren Effekt, daß die bearbeitete Oberfläche des Werkstücks glatter wird, da die Schneidkante eine leichte Deformation in Bezug auf die Oberfläche des Werkstücks erfährt. Die Dicke der an Binderlegierung angereicherten Zone in der äußeren Schicht ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 bis 5 μm, mehr bevorzugt 1 bis 3 μm und am meisten bevorzugt 1 bis 2,5 μm, als ein Bereich, der das 1,1-fache oder mehr der Binderphase enthält als der mittlere Teil des Schneidwerkzeugs, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen und zu verhindern, daß die Schneidkante des Werkzeugs eine übermäßige plastische Deformation erfährt.

Unter Berücksichtigung der Bindungsfestigkeit mit der Carbonitrid-Beschichtung, die später beschrieben wird, der Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und der Unterdrückung plastischer Deformation, ist es bevorzugt, daß die mittlere Kristallkorngröße r₁ der Carbonitridphase auf der Oberfläche des Cermetsubstrats größer ist als die mittlere Kristallkorngröße r₂ der Carbonitridphase im mittleren Teil des Cermetsubstrats, besonders r₁ = 0,5 bis 2 μm.

Ferner kann erfindungsgemäß das Cermetsubstrat auf seiner Oberfläche mit einer Carbonitrid-Beschichtung (Beschichtung auf Ti-Basis) mit der Zusammensetzung (Ti_x,M_1-x)(CyN_1-y) (worin M, x und y definiert sind wie in der ersten Ausführungsform) beschichtet sein. Die Beschichtung ist vorzugsweise direkt über dem Basismaterial von Cermet ausgebildet. Darüber hinaus ist es bevorzugt, daß M ein Vertreter ist, ausgewählt aus Al, Si, Zr und Cr und es ist am meisten bevorzugt Al, um eine hohe Härte und Wärmebeständigkeit, einschließlich Hochtemperaturstabilität, zu erzielen.

Abgesehen von der Beschichtung auf Ti-Basis kann die Carbonitrid-Beschichtung eine andere Carbonitrid-Beschichtung sein, die mindestens einen Vertreter von Diamant, kubischem Bornitrid, Alumina, Carbid, Nitrid und Carbonitrid von Zr, Hf, Cr oder Si umfaßt.

Um das erfindungsgemäße, aus Cermet auf TiCN-Basis gefertigte Schneidwerkzeug herzustellen, werden TiCN-Pulver und mindestens eine Art Pulver, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Carbid, Nitrid und Carbonitrid von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, gewogen und gemischt, so daß der Gehalt an Ti 55 bis 80 Gew.%, insbesondere 65 bis 77 Gew.%, bezogen auf den Gesamtgehalt an Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, als Komponenten, welche die Carbonitridphase bilden, ist. Das Verhältnis N/(C+N) von Stickstoff (N) zu Kohlenstoff (C) in den Komponenten, welche die Carbonitridphase bilden, wird so festgelegt, daß es in einen Bereich von 0,4 bis 0,6 fällt.

Das TiCN-Pulver muß ein feines Pulver mit einer mittleren Partikelgröße von 0,4 bis 1,0 μm sein. Wenn das TiCN-Pulver eine mittlere Partikelgröße größer als 1,0 μm besitzt, ist es schwierig, die mittlere Kristallkorngröße der Carbonitridphase im Cermet innerhalb 1,0 μm zu halten. Wenn die mittlere Partikelgröße des TiCN-Pulvers kleiner als 0,4 μm ist, ist es schwierig, die mittlere Kristallkorngröße der Carbonitridphase bei 0,5 μm oder größer zu halten.

Geeigneterweise ist die mittlere Partikelgröße mindestens einer Art von Pulver, ausgewählt aus der Gruppe aus Carbid, Nitrid und Carbonitrid von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems in einem Bereich von 0,5 bis 2 μm.

Pulver mindestens eines Vertreters von Ni und Co mit einer mittleren Partikelgröße in einem Bereich von 0,3 bis 4 μm wird in einem Anteil von 15 bis 22 Gew.% als Komponenten, welche die Binderphase bilden, zugegeben.

Diese Pulver werden in einer Kugelmühle oder dergleichen gemischt, mit einem bekannten Formgebungsverfahren, wie Preßformen oder Extrusionsformen, in die vorgegebene Form des Schneidwerkzeugs geformt und der grüne Preßling dann gebrannt.

Das Brennen wird vorzugsweise durchgeführt, um die Carbonitridphase der Kernstruktur auszubilden und das Kornwachstum der Carbonitridphase zu unterdrücken, in einem solchen Verfahren, wie der Erhöhung der Temperatur von Raumtemperatur auf etwa 950°C mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15°C/min im Vakuum von 0,01 Torr, anschließende Erhöhung der Temperatur auf etwa 1.300°C mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 5°C/min, anschließende Erhöhung der Temperatur auf ein Level von 1.500 bis 1.600°C mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 15°C/min, und nach Halten dieser Temperatur für eine Stunde oder weniger wird die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15°C/min auf Raumtemperatur verringert.

Um eine an Binderphase angereicherte Zone unter den zuvor beschriebenen Brennbedingungen auf der Oberfläche des Cermets auszubilden, ist es bevorzugt, den Schritt der Erhöhung der Temperatur von Raumtemperatur auf einen Level von 1.250 bis 1.350°C in Stickstoffgasatmosphäre von 0,1 bis 0,3 kPa durchzuführen, nur den Schritt der Erhöhung der Temperatur von einem Level von 1.250 bis 1.350°C auf einen Level von 1.500 bis 1.600°C in Vakuum von 0,01 Torr oder niedriger, um bei einer Temperatur von 1.500 bis 1.600°C zu brennen, durchzuführen und die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15°C/min im Vakuum von 0,01 Torr oder darunter auf Raumtemperatur zu erniedrigen.

Das Cermet auf TiCN-Basis, das mit dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, kann mit der Beschichtung, die durch ein Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (CVD-Verfahren) oder ein Verfahren der physikalischen Abscheidung aus der Dampfphase (PVD-Verfahren), wie Metallaufdampfen, Ionenplattieren oder Dampfabscheidung, gebildet ist, beschichtet werden.

Vierte Ausführungsform

Die Wegwerfspitze (Schneidwerkzeug) dieser Ausführungsform wird aus Cermet auf TiCN-Basis gefertigt, das aus einer Binderphase, die mindestens einen Vertreter von Co und Ni einschließt, und einer Carbonitridphase, die Carbonitrid hauptsächlich von Ti und anderen Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems umfaßt, besteht. Die Wegwerfspitze ist für die Endbearbeitung geeignet.

Eine erfindungsgemäße Endbearbeitung betrifft die Bearbeitung, insbesondere das Drehen, das unter feuchten oder trockenen Schneidbedingungen durchgeführt wird, mit einem Vorschub von 0,01 bis 0,25 mm pro Umdrehung, einer Eingriffstiefe von 0,01 bis 1,8 mm und einer Schneidgeschwindigkeit von 50 bis 500 m/min.

Um ein Schneidwerkzeug geeignet zu machen für die Endbearbeitung, ist es wichtig, daß das Cermet auf TiCN-Basis Co und Ni in einem Gesamtgehalt von 4 bis 14 Gew.% enthält. Wenn der Gehalt an Binderphase weniger als 4 Gew.% ist, sind Festigkeit und Schlagfestigkeit tendenziell niedriger. Wenn der Gehalt an Binderphase mehr als 14 Gew.% ist, verringert sich die Verschleißfestigkeit bei der Endbearbeitung drastisch. In beiden Fällen führt die Verwendung dieses Materials zur Herstellung von Werkzeugen für die Endbearbeitung zum Absplittern oder zur plastischen Deformation der Schneide des Werkzeugs, was zum Verschleiß führt und ein ausreichendes Schneidvermögen kann nicht erhalten werden. Der Gehalt an Co und Ni ist vorzugsweise im einem Bereich von 5 bis 12 Gew.% und mehr bevorzugt in einem Bereich von 6 bis 10 Gew.%, um das Werkstück mit einer glatteren Oberfläche endzubearbeiten.

Es ist wichtig, daß das Cermet 55 bis 80 Gew.% Ti in einer Menge, bezogen auf den Gesamtgehalt an Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, enthält. Wenn der Gehalt an Ti weniger als 55 Gew.% ist, kann die für die Endbearbeitung erforderliche Festigkeit nicht erhalten werden. Wenn der Gehalt an Ti mehr als 80 Gew.% ist, nimmt die Zähigkeit ab, was zu einer geringen Schlagfestigkeit bei der Hochgeschwindigkeits-Endbearbeitung führt, bei der die durch das Bearbeiten erzeugte Wärme ein Problem darstellt. Der Gehalt an Ti ist vorzugsweise in einem Bereich von 65 bis 77 Gew.%, um die Oberflächengüte des Werkstücks zu verbessern.

Die Metalle der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, einschließlich Ti, bilden das Verbundmetall-Carbonitrid der Carbonitridphase. Die Carbonitridphase ist vorzugsweise in Doppelkern- oder Dreifachkern-Struktur verarbeitet, die aus (1) einem aus TiCN gefertigten Kern und (2) einem aus mindestens einem Vertreter von Carbid, Nitrid und Carbonitrid von Ti und mindestens einem Vertreter der Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, insbesondere mindestens einem Vertreter von W, Mo, Ta und Nb, gefertigten Randbereich, da dieser Aufbau den Effekt hat, daß das Kornwachstum kontrolliert wird, was die Ausbildung einer feinen und homogenen Struktur des Cermetsubstrats ermöglicht und zur Erhöhung der Festigkeit der Bindung mit der Binderphase und der Festigkeit des Cermets beiträgt.

Die mittlere Kristallkorngröße der Carbonitridphase im mittleren Teil des Cermets ist in einem Bereich von 0,5 bis 1 μm, vorzugsweise 0,6 bis 0,9 μm und mehr bevorzugt 0,7 bis 0,9 μm. Wenn die mittlere Kristallkorngröße der Carbonitridphase kleiner als 0,5 μm ist, neigt die Carbonitridphase zum Agglomerieren, was zu einer inhomogenen Struktur mit geringerer Schlagfestigkeit und geringerer Härte des Cermets führt und so zur geringeren Beständigkeit des Schneidwerkzeugs gegen das Absplittern und geringerer Verschleißfestigkeit führt. Wenn die mittlere Kristallkorngröße der Carbonitridphase größer als 1 μm ist, nimmt die Festigkeit des Cermets ab und die Beständigkeit der Wegwerfspitze gegen das Absplittern verringert sich.

Es ist wünschenswert, daß es im erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug eine Oberflächenschicht gibt, wo sich die Konzentration von metallischem Wolfram allmählich vom Inneren des gesinterten Cermets zur Oberfläche hin erhöht. Die Gegenwart einer solchen Oberflächenschicht ermöglicht es, die Wärmeleitfähigkeit an der Oberfläche zu erhöhen und so die Abfuhr von Wärme, die durch die Bearbeitung erzeugt wird, zu steigern und die thermische Ausdehnung und den Schrumpfungszyklus der Schneidkante zu unterdrücken und zu verhindern, daß sich durch den thermischen Zyklus Risse bilden. Dieser Aufbau ist besonders wirksam für die Hochgeschwindigkeits-Endbearbeitung und das Schneiden eines schwer zu schneidenden Metalls, bei dem viel Wärme erzeugt wird.

Die Tiefe der Oberflächenschicht ist vorzugsweise 30 bis 60 μm, um die bei der Bearbeitung erzeugte Wärme zufriedenstellend abzuführen, und mehr bevorzugt 30 bis 45 μm, um die thermische Ausdehnung zu minimieren.

Unter Berücksichtigung der Bindefestigkeit mit der später beschriebenen Carbonitrid-Beschichtung, der Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und der Unterdrückung plastischer Deformation ist es bevorzugt, daß die mittlere Kristallkorngröße r₁ der Carbonitridphase auf der Oberfläche des Cermetsubstrats größer ist als die mittlere Kristallkorngröße r₂ der Carbonitridphase im mittleren Teil des Cermetsubstrats, besonders r₁ = 0,5 bis 2 μm.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, daß das Cermetsubstrat auf seiner Oberfläche mit einer Carbonitrid-Beschichtung (Beschichtung auf Ti-Basis) mit der Zusammensetzung (Ti_x,M_1-x)(CyN_1-y) (worin M, x und y wie zuvor beschrieben definiert sind) beschichtet ist. Die Beschichtung ist vorzugsweise direkt über dem Basismaterial des Cermets ausgebildet.

Die Carbonitrid-Beschichtung kann außer der Beschichtung auf Ti-Basis aus einer anderen Carbonitrid-Beschichtung gefertigt sein, die mindestens einen Vertreter von Diamant, kubischem Bornitrid, Alumina, Carbid, Nitrid und Carbonitrid von Zr, Hf, Cr oder Si umfaßt.

Die aus dem Cermet auf TiCN-Basis gefertigte Wegwerfspitze dieser Ausführungsform kann ähnlich wie die dritte Ausführungsform hergestellt werden, abgesehen davon, daß 4 bis 14 Gew.% mindestens eines Vertreters von Ni- und Co-Pulver zugegeben werden.

Die folgenden Beispiele illustrieren weiter die Art und Weise, wie die vorliegende Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann. Es versteht sich jedoch, daß die Beispiele zur Illustration dienen, und die Erfindung ist nicht als auf eine der speziellen Materialien oder Bedingungen darin beschränkt anzusehen.
Beispiel I
TiCN-Pulver mit einer mittleren Partikelgröße (d) und dem in Tabelle 1 gezeigten Sauerstoffgehalt, TiN-Pulver, TaC-Pulver, NbC-Pulver, WC-Pulver, ZrC-Pulver und VC-Pulver, die alle eine mittlere Partikelgröße von 0,5 bis 2 μm haben, und Co/Ni-Legierungspulver (Co-Metallpulver und Ni-Metallpulver mit jeweils einer mittleren Partikelgröße von 0,5 μm im Fall der Beispiele Nr. 6 und 16) mit einer in Tabelle 1 gezeigten mittleren Partikelgröße (d) wurden in den in Tabelle 1 gezeigten Anteilen gemischt. Das vermischte Pulver wurde Grobvermahlen und in einer Kugelmühle in einem Naßverfahren gemischt. Dieses Verfahrens des Grobvermahlens und Mischens wurde durchgeführt, bis eine mit einem Mikroabtastverfahren bestimmte solche Partikelgrößenverteilung erzielt war, daß der Anteil von Partikeln mit 1 μm oder größer wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wobei die Zeit der Grobvermahlung geändert wurde.
Das gemischte Pulver wurde durch Pressen bei einem Druck von 98 MPa geformt und die grünen Preßlinge unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen gebrannt und so zehn Proben von Cermet (Proben Nr. I-1 bis 11) mit der Form CNMG120408 hergestellt.
Die mit dem selben Verfahren wie zuvor beschrieben hergestellten Cermetproben wurden mit einer Carbonitrid-Beschichtung aus TiAlN mit einer Dicke von 2,4 μm, die durch ein Ionenplattierungsverfahren unter Verwendung einer Bogenentladung hergestellt worden waren, beschichtet und so zehn Wegwerfspitzen aus Cermet hergestellt, deren Oberfläche beschichtet war (Probe Nr. I-12).
Aus jeder der wie oben beschrieben hergestellten Wegwerfspitzen wurden zwei Biegefestigkeits-Teststücke (Breite der Neigungsfläche (rake face") 0,75 mm, Flankenbreite 1 mm, Flankenlänge 10 mm), einschließlich der Seitenfläche (Flanke), insgesamt 20 Teststücke (10 Wegwerfspitzen × 2 Stücke) herausgeschnitten. Die Teststücke wurden dem Dreipunkt-Biegetest unterzogen, wobei sich die Flanke auf der Zugseite befand und die Spannweite 7,5 mm war, gemäß JIS R1601, außer der Form des Teststücks, und der Weibull-Koeffizient wurde gemäß JIS R1625 berechnet. Die Bruchoberfläche des Teststücks nach dem Biegefestigkeitstest wurde mit SEM beobachtet, um den Bruchursprung zu identifizieren und die Maximalgröße des Kristallkorns zu bestimmen, wo der Bruch herrührte. Tabelle 2 zeigt die Testresultate.
Der Schneidtest unter den nachfolgend beschriebenen Schneidbedingungen A wurde an zehn Wegwerfspitzen durchgeführt, die unter Bedingungen hergestellt wurden, die den zuvor beschriebenen ähnlich waren.
Schneidbedingungen A

Werkstückmaterial: S45C
Werkstückform: runder Stab mit vier Nuten
Schneidgeschwindigkeit: 100 m/min
Vorschub und Schneidzeit: Nach Schneiden für 10 Sekunden mit einem Vorschub von 0,1 mm/U wurde der Vorschub mit Schritten von 0,05 mm/U erhöht, wobei für jedes Inkrement (bis der Maximalvorschub von 0,5 mm/U erreicht war) für 10 Sekunden geschnitten wurde.
Eingriffstiefe: 2 mm
Auswertung: Gesamtschneidzeit vor dem Absplittern (mittlere Dauer, Streuung)

Die in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigten Resultate zeigen, daß alle Proben Nr. I-1 bis 12 mit einer Biegefestigkeit mit einem Weibull-Koeffizienten von 5 oder höher ein gutes Schneidvermögen bei einer mittleren Zeit von 71 Minuten oder mehr vor dem Absplittern mit nicht signifikanter Variation von 6,1 oder weniger Standardabweichung beim Schneidvermögen zeigen. Im Gegensatz dazu zeigten die Proben Nr. I-13 bis 19 mit einer Biegefestigkeit mit einem Weibull-Koeffizienten unter 5 beträchtliche Unterschiede des Schneidvermögens unter den Wegwerfspitzen mit einer Standardabweichung von 13,5 oder mehr.
Beispiel II
TiCN-Pulver mit einer in Tabelle 3 gezeigten mittleren Partikelgröße, TiN-Pulver, TaC-Pulver, NbC-Pulver, WC-Pulver, Mo₂C-Pulver, ZrC-Pulver und VC-Pulver, die alle eine mittlere Partikelgröße von 0,5 bis 2 μm besaßen, und Co/Ni-Legierungspulver mit einer Partikelgröße und einem Kohlenstoffgehalt, die in Tabelle 1 gezeigt sind (Co-Metallpulver und Ni-Metallpulver mit jeweils einer mittleren Partikelgröße von 0,5 μm im Fall der Proben Nr. 6 und 16) wurden in Anteilen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, in einer Kugelmühle in einem Naßverfahren vermischt, wobei das Verfahren der Grobvermahlung durchgeführt wurde, bis eine solche, mit einem Mikroabtastverfahren bestimmte Partikelgrößenverteilung erzielt war, daß der Anteil von Partikeln von 1 μm oder größer wie in Tabelle 3 gezeigt ist, wobei die Zeit der Grobvermahlung verändert wurde, und das Pulver wurde anschließend getrocknet.
Das gemischte Pulver wurde durch Pressen bei einem Druck von 98 MPa geformt. Die so geformten grünen Preßlinge wurden unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen nach Erhöhen der Temperatur auf 950°C mit einer Geschwindigkeit von 12°C/min und Erhöhung der Temperatur von 950°C auf 1.300°C mit einer Geschwindigkeit von 2°C/min gebrannt, und so zehn Teststücke aus Cermet (Proben Nr. II-1 bis 11, 13 bis 19) mit der Form CNMG120408 hergestellt.
Teststücke aus Cermet, die mit dem selben Verfahren wie oben beschrieben hergestellt waren, wurden mit einer Hartbeschichtung aus TiAlN mit einer Dicke von 2,4 μm, die durch ein Ionenplattierungsverfahren unter Verwendung von Bogenentladung ausgebildet wurde, beschichtet und so zehn Wegwerfspitzen hergestellt, die aus Cermet bestanden, wobei die Oberfläche beschichtet war (Probe Nr. II-12).
Aus jeder wie oben beschrieben hergestellten Wegwerfspitze wurden zwei Biegefestigkeits-Teststücke (Breite der Neigungsfläche 3,5 mm, Flankenbreite 2,5 mm, Flankenlänge 10 mm), einschließlich der Seitenfläche, insgesamt 20 Teststücke (10 Wegwerfspitzen × 2 Stücke) herausgeschnitten. Die Teststücke wurden dem Dreipunkt-Biegetest gemäß JIS R1601, ausgenommen der Form des Teststücks, unterzogen, und der Weibull-Koeffizient wurde gemäß JIS R1625 berechnet. Die Bruchoberfläche des Teststücks nach dem Biegefestigkeitstest wurde mit SEM beobachtet, um den Bruchursprung zu identifizieren und die Größe des Bruchursprungs zu bestimmen. Tabelle 4 zeigt die Testresultate.
Der Schneidtest wurde unter denselben Schneidbedingungen wie diejenigen des ersten Beispiels an zehn Wegwerfspitzen durchgeführt, die unter Bedingungen gefertigt waren, die den oben beschriebenen ähnlich waren, und so das Schneidvermögen bewertet.
Die in den Tabellen 3 und 4 gezeigten Resultate zeigen, daß alle Proben Nr. II-1 bis 12, welche die erfindungsgemäßen Binderphasenfilme auf der Wandoberfläche des Bruchursprungs ausgebildet hatten, eine große mittlere Biegefestigkeit mit geringen Unterschieden besaßen, und die Wegwerfspitzen besaßen ein gutes Schneidvermögen mit nicht signifikanten Unterschieden des Schneidvermögens. In allen Proben Nr. II-1 bis 12 war die Dicke des Binderphasenfilms etwa 0,2 μm, wobei ein Wellenmuster mit einem Abstand von 0,1 μm oder kleiner auf der Oberfläche ausgebildet war und Nadellöcher spärlich in dem Binderphasenfilm mit einer darin vorstehenden Carbonitridphase verteilt waren, wie in 1 gezeigt ist, welches eine Fotografie der Beobachtung der Bruchoberfläche von Probe Nr. II-4 als ein Beispiel ist. Wie 2 zeigt, welche die durch energiedispersive Spektroskopie (EDX) des Binderphasenfilms von 1 bestimmte Identifizierung der konstituierenden Elemente zeigt, war Co die vorherrschende Komponente des Binderphasenfilms, wobei Ni, Ti und W als weitere Komponenten enthalten waren.
Im Gegensatz hierzu zeigen die Proben Nr. II-13 bis 19 signifikante Unterschiede der Biegefestigkeit und große Variationen der Leistung unter den Wegwerfspitzen.
Beispiel III
TiCN-Pulver mit einer in Tabelle 5 gezeigten mittleren Partikelgröße, TiN-Pulver, TaC-Pulver, NbC-Pulver, WC-Pulver, ZrC-Pulver und VC-Pulver, die alle eine mittlere Partikelgröße von 0,5 bis 2 μm besaßen, und Co-Pulver, Ni-Pulver oder Co/Ni-Legierungspulver mit einer mittleren Partikelgröße von 2 μm wurden grob vermahlen und in den in Tabelle 5 gezeigten Anteilen in einer Kugelmühle in einem Naßverfahren vermischt. Die oben beschriebenen mittleren Partikelgrößen wurden mit einem Mikroabtastverfahren bestimmt.
Das gemischte Pulver wurde in die Formen der Wegwerfspitze und des Biegefestigkeits-Teststücks geformt durch Pressen bei einem Druck von 98 MPa. Die so geformten grünen Preßlinge wurden in einem solchen Verfahren gebrannt, daß die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 12°C/min auf 950°C in einem Vakuum von 0,01 Torr oder niedriger erhöht wurde, anschließend die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 2°C/min von 950°C auf 1.300°C erhöht wurde, anschließend die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 5°C/min auf die in Tabelle 5 gezeigten Brenntemperaturen erhöht wurde und nach Halten dieser Temperatur für eine Stunde die Temperatur im Vakuum mit einer Geschwindigkeit von 12°C/min auf Raumtemperatur verringert wurde, und so Teststücke aus Cermet mit der Form CNMG120408 hergestellt. Die Proben Nr. III-8, 9 wurden nach dem oben beschriebenen Verfahren gebrannt, abgesehen davon, daß das Verfahren der Erhöhung der Temperatur auf 1.300°C in einer Stickstoffatmosphäre bei einem Druck von 0,2 KPa durchgeführt wurde.
Die Teststücke wurden dem Dreipunkt-Biegetest gemäß JIS R1601 unterzogen und die Zähigkeit (IF-Verfahren) wurde gemäß JIS R1607 gemessen. Tabelle 6 zeigt die Resultate.
Der Querschnitt der so erhaltenen Wegwerfspitze wurde in seiner Mitte mit einem Elektronenmikroskop beobachtet und so die Kristallkorngröße der Carbonitridphase mit dem Abschnittsverfahren ("intercept method") an zwei Punkten in einem Beobachtungsbereich von 7 × 7 μm gemessen und die mittlere Kristallkorngröße bestimmt.
Die Verteilung der Ni- und Co-Konzentrationen der Binderphase in der Nähe der Oberfläche der Wegwerfspitze wurden mit dem EPMA-Verfahren gemessen. Die Veränderung der Konzentration von Ni+Co, die Summe der Konzentrationsänderungen von Ni und Co, wurde beobachtet und die Tiefe eines Bereichs, wo die Konzentration das 1,1-fache derjenigen im mittleren Bereich war oder höher, wurde an drei Punkten gemessen, wobei der Mittelwert der Messungen gebildet wurde.
Ein Schneidtest unter den nachfolgend beschriebenen Grobschneidebedingungen A wurde an zehn Wegwerfspitzen durchgeführt. Der Vorschub, bei dem die Wegwerfspitze absplitterte, ist in Tabelle 6 gezeigt.
Schneidbedingungen

Werkstückmaterial: SCM435
Werkstückform: runder Stab mit vier Nuten
Schneidgeschwindigkeit: 250 m/min
Vorschub und Schneidzeit: Nach Schneiden für 10 Sekunden mit einem Vorschub von 0,1 mm/U wurde der Vorschub mit Schritten von 0,05 mm/U erhöht, wobei für jedes Inkrement für 10 Sekunden geschnitten wurde (bis der Maximalvorschub von 0,5 mm/U erreicht war).
Eingriffstiefe: 2 mm

Die in Tabelle 6 gezeigten Resultate zeigen, daß die Proben Nr. III-1 bis 3 und 5 bis 11 bei Grobschneidearbeiten alle hohe Festigkeit, hohe Härte und gutes Schneidvermögen zeigten, vergleichbar zu dem von Hartmetall von Probe Nr. 16.
Im Gegensatz hierzu besitzt Probe Nr. III-13 mit einem Ni+Co-Gehalt von weniger als 15 Gew.% eine niedrige Biegefestigkeit und splittert in einem frühen Stadium des Grobschneidens ab. Die Probe Nr. III-15 mit einem Ni+Co-Gehalt von mehr als 22 Gew.% besaß eine dickere an Metall angereicherte Schicht mit niedrigerer Oxidationsbeständigkeit und niedrigerer Beständigkeit gegen plastische Deformation und die Schneidkante nutzte sich ab.
Probe Nr. III-12 mit einem Ti-Gehalt von weniger als 55 Gew.%, bezogen auf den Gesamtgehalt an Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, erfuhr vorzeitiges Absplittern der Schneide des Werkzeugs und Probe Nr. III-12 mit einem Ti-Gehalt von mehr als 80 Gew.%, bezogen auf den Gesamtgehalt an Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, konnte in Folge von Abnutzung in einem frühen Stadium nicht mehr schneiden. Die Proben Nr. III-4 und 14, bei denen die mittlere Korngröße des Verbundmetall-Carbonitrids 1 μm überstieg, splitterten in einem frühen Stadium des groben Schneidens ab.
Beispiel IV
TiCN-Pulver mit einer in Tabelle 7 gezeigten mittleren Partikelgröße, TiN-Pulver, TaC-Pulver, NbC-Pulver, WC-Pulver, ZrC-Pulver und VC-Pulver, die alle ein mittlere Partikelgröße von 0,5 bis 2 μm hatten, und Co-Pulver, Ni-Pulver oder Co/Ni-Legierungspulver mit einer mittleren Partikelgröße von 2 μm wurden in den in Tabelle 7 gezeigten Anteilen in einer Kugelmühle in einem Naßverfahren gemischt. Die oben beschriebenen mittleren Partikelgrößen wurden mit einem Mikroabtastverfahren gemessen.
Das gemischte Pulver wurde durch Pressen bei einem Druck von 98 MPa in die Formen der Wegwerfspitze und des Biegefestigkeits-Teststücks geformt. Die so geformten grünen Preßlinge wurden mit einem solchen Verfahren gebrannt, daß die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 12°C/min im Vakuum von 0,01 Torr oder weniger auf 950°C erhöht wurde, dann die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 2°C/min von 950°C auf 1.300°C erhöht wurde, dann die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 5°C/min auf die in Tabelle 1 gezeigten Brenntemperaturen erhöht wurde und nach Halten dieser Temperatur für eine Stunde die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 12°C/min im Vakuum auf Raumtemperatur verringert wurde, und so wurden Teststücke aus Cermet mit der Form TNGA160408 R-S hergestellt. Die Proben Nr. IV-8, 9 wurden im oben beschriebenen Verfahren gebrannt, abgesehen davon, daß der Verfahrensschritt der Erhöhung der Temperatur auf 1.300°C in Stickstoffatmosphäre bei einem Druck von 0,2 KPa durchgeführt wurde.
Die Teststücke wurden der Messung der Zähigkeit (IF-Verfahren) gemäß JIS R1607 unterzogen. Tabelle 8 zeigt die Resultate.
Der Querschnitt der so erhaltenen Wegwerfspitze wurde in seiner Mitte mit einem Elektronenmikroskop beobachtet und so die Kristallkorngröße der Carbonitridphase an zwei Punkten mit einem Abschnittsverfahren in einem Beobachtungsbereich von 7 × 7 μm gemessen und die mittlere Kristallkorngröße bestimmt.
Die Änderung der Verteilung der Konzentration an metallischem Wolfram in der Nähe der Oberfläche der Wegwerfspitze wurde mit dem EPMA-Verfahren gemessen. Die Änderung der Konzentration an metallischem Wolfram von einer Position im gesinterten Material (in 1.000 μm Tiefe von der Oberfläche) in Richtung der Oberfläche wurde beobachtet und die Tiefe der Oberflächenschicht, wo die Konzentration von metallischem Wolfram das 1,1-fache des Inneren oder höher war, wurde bestimmt. Die Messungen wurden an drei Teststücken, die nach derselben Spezifikation hergestellt waren, durchgeführt und der Durchschnitt der gemessenen Werte bestimmt.
Der Schneidtest unter den nachfolgend beschriebenen Endbearbeitungs-Schneidbedingungen wurde an zehn Wegwerfspitzen durchgeführt, wobei die Breite des Verschleißes und die Oberflächenrauigkeit des Werkstücks bestimmt wurde.
Schneidbedingungen

Werkstück: Pb-freier Automatenstahl, runder Stab
Schneidgeschwindigkeit: 210 m/min
Vorschub: 0,13 mm/U
Eingriffstiefe: 0,5 mm
Schneidzeit: 20 min

Die in Tabelle 8 gezeigten Resultate zeigen, daß die Proben Nr. IV-1 bis 7 alle eine große Härte mit einer sehr kleinen und stabilen Oberflächenrauigkeit des Werkstücks nach dem Bearbeiten zeigen.
Probe Nr. IV-8 mit einem Ni+Co-Gehalt von mehr als 4 Gew.% besaß im Gegensatz hierzu eine niedrige Biegefestigkeit und splitterte in einem frühen Stadium der Endbearbeitung ab. Die Nr. IV-9 mit einem Ni+-Co-Gehalt von mehr als 14 Gew.% hatte eine dickere Oberflächenschicht mit einer niedrigeren Oxidationsbeständigkeit und niedrigeren Beständigkeit gegenüber plastischer Deformation und die Schneidkante nutzte sich ab.
Probe Nr. IV-10 mit einem Ti-Gehalt von weniger als 55 Gew.%, bezogen auf den Gesamtgehalt an Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, zeigte vorzeitiges Absplittern der Werkzeugschneide und Probe Nr. IV-11 mit einem Ti-Gehalt von mehr als 80 Gew.%, bezogen auf den Gesamtgehalt an Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, konnte in einem frühen Stadium der Schneidarbeiten in Folge von Verschleiß nicht mehr schneiden.
Obwohl die vorliegende in Bezug auf bestimmte ihrer Ausführungsformen beschrieben wurde, ergeben sich für den Fachmann viele weitere Variationen und weitere Verwendungen. Folglich ist die vorliegende Erfindung nicht durch die spezifische Offenbarung hierin sondern nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

Wegwerfspitze, die für die Bearbeitung eines Werkstücks verwendet wird, mit einer daran angebrachten Schneidkante in Form einer im wesentlichen flachen Platte, die 1 bis 30 Gew.% einer Binderphase, die mindestens einen Vertreter von Co und Ni umfaßt, und 70 bis 99 Gew.% einer Carbonitridphase umfaßt, die Carbonitrid von Ti und einem oder mehreren Arten von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti umfaßt; und dadurch gekennzeichnet ist, daß (a) die mittlere Korngröße der Carbonitridphase 1,5 μm oder weniger ist; (b) Biegefestigkeit-Teststücke, die aus zehn Wegwerfspitzen herausgeschnitten sind und die Seitenflächen der Wegwerfspitzen umfassen, einen Weibull-Koeffizienten von 5 oder höher für die Biegefestigkeit zeigen.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 1, wobei die Maximalgröße des Kristallkorns, welches ein Bruchursprung wird, der an der Bruchoberfläche der Wegwerfspitze nach einem Biegefestigkeitstest beobachtet wird, 10 μm oder kleiner ist.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 1, wobei 50 % oder mehr der Bruchursprünge, die an der Bruchoberfläche der herausgeschnittenen Teststücke nach dem Biegefestigkeitstest beobachtet werden, Hohlräume umfassen, bei denen ein Teil oder die gesamte Wandoberfläche mit einer Haut bedeckt ist, welche die Binderphase umfaßt.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 3, wobei die Maximalgröße der Hohlräume des Bruchursprungs 200 μm oder kleiner ist.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 3, wobei die Hohlräume, bei denen ein Teil oder die gesamte Wandoberfläche durch die Haut bedeckt ist, welche die Binderphase umfaßt, Wellenmuster auf der Oberfläche der Haut haben.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 3, wobei die Binderphase die höchste Konzentration an Co enthält.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 1, wobei die mittlere Körngröße der Carbonitridphase in der Wegwerfspitze in einem Bereich von 0,3 bis 1 μm liegt.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 1, wobei die Oberfläche der Wegwerfspitze mit einer Carbonitridschicht mit der Zusammensetzung (Ti_x,M_1-x)(CyN_1-y) (worin M mindestens einen Vertreter ausgewählt aus Al, Si und den Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, ausgenommen Ti, bedeutet, 0,4 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1) beschichtet ist.
Wegwerfspitze, die für die Bearbeitung eines Werkstücks verwendet wird, mit einer daran angebrachten Schneidkante, die eine Binderlegierungsphase, die mindestens einen Vertreter von Co und Ni umfaßt, und eine Carbonitridphase umfaßt, die Carbonitrid aus einem oder mehreren Arten von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems umfaßt; und die dadurch gekennzeichnet ist, daß (a) die Binderlegierungsphase in einer Menge von 15 bis 22 Gew.% enthalten ist, (b) die Carbonitridphase 55 bis 80 Gew.% Ti in einer Gesamtmenge der Metalle der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems enthält, (c) die mittlere Korngröße der Carbonitridphase im mittleren Teil der Wegwerfspitze in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 μm liegt und (d) die Wegwerfspitze für grobe Schneidarbeiten verwendet wird.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 9, wobei das Cermet eine Oberflächenzone mit Anreicherung von Binderlegierung an der Oberfläche der Wegwerfspitze aufweist.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 10, wobei die Konzentration der Binderphase in der an Binderlegierung angereicherten Zone allmählich in Richtung der Oberfläche zunimmt.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 10, wobei die an Binderlegierung angereicherte Zone eine Dicke in einem Bereich von 0,01 bis 5 μm besitzt.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 9, wobei die Oberfläche der Wegwerfspitze mit einer harten Beschichtung mit der Zusammensetzung (Ti_x,M_1-x)(CyN_1-y) (worin M einen oder mehrere Vertreter, ausgenommen Ti, unter den Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, Al und Si bedeutet, 0,4 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1) beschichtet ist.
Wegwerfspitze, die für die Bearbeitung eines Werkstücks verwendet wird, mit einer daran angebrachten Schneidkante, die eine Binderlegierungsphase, die mindestens einen Vertreter von Co und Ni umfaßt, und eine Carbonitridphase umfaßt, die Carbonitrid von einem oder mehreren Arten von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems umfaßt, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß (a) die Binderlegierungsphase in einer Menge von 4 bis 14 Gew.% enthalten ist, (b) die Carbonitridphase 55 bis 80 Gew.% Ti in einer Gesamtmenge von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems enthält, (c) die mittlere Korngröße der Carbonitridphase im mittleren Teil der Wegwerfspitze in einem Bereich von 0,5 bis 1 μm liegt und (d) die Wegwerfspitze für die Endbearbeitung verwendet wird.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 14, wobei eine Oberflächenschicht vorliegt, in welcher die Konzentration an metallischem Wolfram allmählich von der Innenseite der Wegwerfspitze zur Oberfläche hin zunimmt.
Wegwerfspitze gemäß Anspruch 15, wobei die Oberflächenschicht eine Dicke in einem Bereich von 30 bis 60 μm besitzt.
Cermet, das 1 bis 30 Gew.% einer Binderphase, die mindestens einen Vertreter von Co und Ni umfaßt, und 70 bis 99 Gew.% einer Carbonitridphase umfaßt, die Carbonitrid von Ti und einem oder mehreren Arten von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti umfaßt, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß (a) die mittlere Korngröße der Carbonitridphase 1,5 μm oder weniger ist und (b) 50 % oder mehr der Bruchursprünge, die in der Bruchoberfläche der aus dem Cermet herausgeschnittenen Teststücke nach dem Biegefestigkeitstest beobachtet werden, Hohlräume umfassen, bei denen ein Teil oder die gesamte Wandoberfläche mit einer Haut bedeckt ist, welche die Binderphase umfaßt.
Cermet gemäß Anspruch 17, wobei die Maximalgröße der Hohlräume des Bruchursprungs 200 μm oder kleiner ist.
Schneidwerkzeug, das zufriedenstellend für die Bearbeitung eines Werkstücks verwendet wird, mit einer daran angebrachten Schneidkante, das eine Binderphase, die mindestens einen Vertreter von Co und Ni umfaßt, und eine Carbonitridphase umfaßt, die Carbonitrid von Ti und einem oder mehreren Arten von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems mit Ausnahme von Ti umfaßt, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß es einen Weibull-Koeffizienten von 5 oder mehr für die Biegefestigkeit zeigt.
Schneidwerkzeug gemäß Anspruch 19, wobei der Weibull-Koeffizient der Biegefestigkeit gemäß JIS R1625 berechnet wird aus Messungen, die gemäß JIS R1601 an zehn oder mehr Teststücken für andere Formen als die der Teststücke (Teststücke in Form eines rechteckigen Prismas mit einer Abmessung, die aus dem Schneidwerkzeug herausgeschnitten werden kann), die aus dem Schneidwerkzeug, einschließlich seiner Oberfläche, herausgeschnitten wurden, durchgeführt wurden.
Schneidwerkzeug gemäß Anspruch 19, wobei die Teststücke in Abmessungen mit einem Verhältnis vertikale Seite:laterale Seite:Spannweite während dem Biegefestigkeitstest = 3:4:30, mit auf der Zugoberfläche (gegenüber der belasteten Oberfläche) lokalisierter Oberfläche geschnitten werden, im Fall, daß die Teststücke nicht in die Abmessungen verarbeitet werden können, die in JIS R1601 spezifiziert sind.
Schneidwerkzeug gemäß Anspruch 19, wobei die Carbonitridphase eine Vielzahl von Körnern umfaßt und die mittlere Korngröße der Vielzahl von Körnern 1,5 μm oder weniger ist.
Schneidwerkzeug gemäß Anspruch 19, wobei der Gehalt an Binderphase in einem Bereich von 1 bis 30 Gew.% liegt und der Gehalt an Carbonitridphase in einem Bereich von 70 bis 99 Gew.% liegt.
Schneidwerkzeug gemäß Anspruch 19, wobei die Binderphase die höchste Konzentration an Co enthält.
Schneidwerkzeug gemäß Anspruch 19, wobei das Schneidwerkzeug eine Oberflächenzone mit Anreicherung von Binderlegierung, die eine hohe Konzentration an Binderphase enthält, an der Oberfläche des Schneidwerkzeugs aufweist.
Schneidwegwerfspitze gemäß Anspruch 25, wobei die Konzentration an Binderphase in der an Binderlegierung angereicherten Zone allmählich zur Oberfläche hin ansteigt.