DE112017002039B4

DE112017002039B4 - Schneideinsatz und schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE112017002039B4
Application number: DE112017002039.5T
Authority: DE
Inventors: Hideyoshi Kinoshita; Ryoma Nomiyama; Kaoru Iwata
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2024-04-04
Anticipated expiration: 2037-04-14
Also published as: DE112017002039T5; JP6756819B2; CN108883474A; US20190176240A1; CN108883474B; KR102178426B1; WO2017179657A1; KR20180125520A; US11794257B2; JPWO2017179657A1

Abstract

Ein Schneideinsatz (1), aufweisend:
ein Basiselement (2), welches eine erste Fläche (3), eine zur ersten Fläche (3) benachbarte zweite Fläche (4) und eine erste Schneidkante (5) aufweist, welche zumindest in einem Teil einer ersten Kammlinie angeordnet ist, an welcher die erste Fläche (3) die zweite Fläche (4) schneidet, wobei
das Basiselement (2) eine Hartphase (11), die ein Titancarbonitrid enthält, und eine Binderphase (12) aufweist, die zumindest eines von Kobalt und Nickel enthält,
in einem Vergleich eines (422)-Ebene-Peaks in einer Röntgendiffraktometrieanalyse die Hartphase (11) eine erste Hartphase (13), welche an einer Größerer-Winkel-Seite wahrgenommen wird, und eine zweite Hartphase (14) aufweist, welche an einer Kleinerer-Winkel-Seite wahrgenommen wird, und
eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphase (14) in der zweiten Fläche (4) kleiner ist als eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphase (14) in der ersten Fläche (3).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Schneideinsatz, welcher in einem Schneidvorgang verwendbar ist.
HINTERGRUND
Als ein Material für Schneideinsätze, welche für Schneidwerkzeuge verwendbar sind, wird ein Cermet gegenwärtig weitläufig verwendet, welches hauptsächlich aus Titan gebildet sind. Beispielsweise offenbart JP S64-31949 einen Schneideinsatz, welcher aus einem Cermet gebildet ist, bei welchen eine Druckspannung (nachfolgend ebenfalls als „Druckeigenspannung“ bezeichnet) aufgrund eines Kugelstrahlverfahrens in einer Hartphase verbleibt, welche in einer Oberfläche angeordnet ist. JP 2011 088239 A offenbart einen Schneideinsatz, welcher aus einem Cermet gebildet ist, bei welchem eine Druckspannung aufgrund eines Nassstrahlverfahrens in einer Hartphase verbleibt, welche in einer Oberfläche angeordnet ist.
Weiter ist jeweils aus US 2011 / 0 129 312 A1 , US 2014 / 0 227 053 A1 und US 2016 / 0 369 380 A1 ein Schneideinsatz mit einem Basiselement aus einer Hartphase und einer Binderphase bekannt, wobei die Hartphasen Druckeigenspannungen aufweisen.
KURZBESCHREIBUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz bereitzustellen, welcher in Hinblick auf Haltbarkeit des Schneideinsatzes und erzielbare Oberflächengüte des damit bearbeiteten Werkstücks verbessert ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Schneideinsatz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Schneidwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Weitergehende Ausgestaltungen des Schneideinsatzes sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Schneideinsatz in einer der Ausführungsformen zeigt,
2 ist eine vergrößerte Ansicht, welche in vergrößerter Abmessung einen Teil eines Querschnitts entlang der Linie A-A im Schneideinsatz der 1 zeigt
3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Struktur eines Cermets, welches den Schneideinsatz der 1 bildet,
4 ist eine schematische Darstellung, welche einen Zustand zeigt, in welchem eine Schneidkante im Schneideinsatz der 1 wahrgenommen wird,
5 ist eine vergrößerte Ansicht, welche in vergrößerter Abmessung einen weiteren Teil des Querschnitts entlang der Linie A-A im Schneideinsatz der 1 zeigt, und
6 ist eine Draufsicht, welche ein Schneidwerkzeug in einer der Ausführungsformen zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORM
In den vergangenen Jahren gab es eine Nachfrage für einen Schneideinsatz, dessen Schneidkante eine exzellente Bruchwiderstandsfähigkeit und Abnutzungswiderstandsfähigkeit hat.
Ein Schneideinsatz 1 in einer der Ausführungsformen ist nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben.
Der Schneideinsatz 1 (nachfolgend einfach als „Einsatz 1“ bezeichnet), welcher in den 1 und 2 dargestellt ist, weist ein Basiselement 2 auf, welches eine Polygonal-Plattengestalt hat. Wenn das Basiselement 2 nicht mit einer Beschichtungsschicht (nicht dargestellt) abgedeckt ist, ist das Basiselement 2 selbst der Einsatz 1. Der Einsatz 1 kann nur aus dem Basiselement 2 gebildet sein, oder kann alternativ aus dem Basiselement 2 und der Beschichtungsschicht gebildet sein, welche das Basiselement 2 abdeckt.
Wie es in der 1 gezeigt ist, weist das Basiselement 2 eine erste Fläche 3, eine zweite Fläche 4, welche zur ersten Fläche 3 benachbart ist, und eine erste Schneidkante 5 auf, welche an (in) zumindest einem Teil einer ersten Kammlinie angeordnet ist, an welcher die erste Fläche 3 die zweite Fläche 4 schneidet. Zumindest ein Teil der ersten Fläche 3 dient als ein Spanflächenbereich. Zumindest ein Teil der zweiten Fläche 4 dient als ein Flankenflächen- bzw. Freiflächenbereich.
Wie es in der 3 gezeigt ist, weist das Basiselement 2 eine Hartphase 11, welche Titan-(Ti)-Carbonitrid enthält, und eine Binderphase 12 auf, welche zumindest eines von Cobalt (Co) und Nickel (Ni) enthält. Beispielsweise ist ein Cermet für das Basiselement 2 verwendbar.
Die Hartphase 11 weist eine erste Hartphase 13 und eine zweite Hartphase 14 als zwei Arten von Phasen auf, welche eine unterschiedliche Zusammensetzung haben. Wenn die zwei Phasen in Hinblick auf einen (422)-Ebene-Peak durch Ausführen einer Röntgendiffraktometrieanalyse der Hartphase 11 verglichen werden, unterscheiden sich die zwei Phasen im Peakwert. In den vorliegenden Ausführungsformen wird beim Vergleichen des (422)-Ebene-Peaks in einer Röntgendiffraktometrieanalyse die erste Hartphase 13 an einer Größerer-Winkel-Seite wahrgenommen und wird die zweite Hartphase 14 an einer Kleinerer-Winkel-Seite wahrgenommen.
Im Einsatz 1 der vorliegenden Ausführungsformen ist eine Druckeigenspannung der ersten Hartphase 13 größer als eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphase 14, da der (422)-Ebene-Peak in der ersten Hartphase 13 an der Großer/Größerer-Winkel-Seite als der (422)-Ebene-Peak in der zweiten Hartphase 14 wahrgenommen wird.
Im Einsatz 1 der vorliegenden Ausführungsformen ist eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphase 14 in der zweiten Fläche 4 kleiner als eine Druckeigenspannungen der zweiten Hartphase 14 in der ersten Fläche 3. Durch die obige Konfiguration tendiert die zweite Hartphase 14 in dem Freiflächenbereich der zweiten Fläche 4 zur Degranulation, und deshalb kann die erste Schneidkante 5 einfach geschärft werden, was zu einer verbesserten Schnittleistungsfähigkeit führt. Darüber hinaus, da die zweite Hartphase 14 im Freiflächenbereich zur Degranulation tendiert, wird es einfach, an eine Gestalt des Werkstücks angepasst zu sein. Es ist deshalb möglich, eine glattere, fertigbearbeitete Oberfläche während eines Schneidvorgangs zu erhalten.
Im Spanflächenbereich der ersten Fläche 3 ist eine Degranulation der zweiten Hartphase 14 weniger wahrscheinlich, und ist sie weniger anfällig für Abnutzung, wie beispielsweise einen Kolkverschleiß. Dies führt zu einer verbesserten Abnutzungswiderstandsfähigkeit der ersten Fläche 3, welche den Spanflächenbereich aufweist.
Ebenfalls, wenn eine Druckeigenspannung der ersten Hartphase 13 in der zweiten Fläche 4 größer ist als eine Druckeigenspannung der ersten Hartphase 13 in der ersten Fläche 3, kann die Abnutzungswiderstandsfähigkeit der ersten Fläche 3 weiter verbessert werden und kann die erste Schneidkante 5 deshalb einfacher geschärft werden. Der Grund hierfür ist wie folgt. Es ist einfach, die Druckeigenspannung der zweiten Hartphase 14 in der ersten Fläche 3 zu steigern, wenn die Druckeigenspannung der ersten Hartphase 13 in der ersten Fläche 3 relativ gering ist. Es ist ebenfalls einfach, die Druckeigenspannung der zweiten Hartphase 14 in der zweiten Fläche 4 zu senken, wenn die Druckeigenspannung der ersten Hartphase 13 in der zweiten Fläche 4 relativ groß ist.
Die Druckeigenspannung der zweiten Hartphase 14 in einer jeden der ersten Fläche 3 und der zweiten Fläche 4 muss nicht auf einen spezifischen Wert beschränkt sein. Jedoch muss die Druckeigenspannung der zweiten Hartphase 14 in der zweiten Fläche 4 kleiner sein als die Druckeigenspannung der zweiten Hartphase 14 in der ersten Fläche 3.
Insbesondere wenn die Druckeigenspannung der zweiten Hartphase 14 in der zweiten Fläche 4 gleich 10 bis 400 MPa ist, kann die erste Schneidkante 5 schärfer werden, was zu einer weiter verbesserten Schnittleistungsfähigkeit führt. Wenn die Druckeigenspannung der zweiten Hartphase 14 in der ersten Fläche 3 gleich 450 bis 1000 MPa ist, ist eine Degranulation für die zweite Hartphase 14 im Spanflächenbereich weniger wahrscheinlich, wodurch die Abnutzungswiderstandsfähigkeit der ersten Fläche 3 weiter verbessert wird.
Das Basiselement 2, welches in der 1 gezeigt ist, ist ein viereckig-geformter Plattenkörper, und eine jede von der ersten Fläche 3 und von der zweiten Fläche 4 hat eine Viereckgestalt. Die Gestalt des Basiselements 2 ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise ist es sogar unproblematisch, falls die erste Fläche 3 eine Dreieckgestalt hat und das Basiselement 2 ein dreieckig-geformter Plattenkörper ist. Alternativ ist es sogar unproblematisch, falls die erste Fläche 3 eine Kreisgestalt hat und das Basiselement 2 als kreisförmiger Plattenkörper geformt ist.
Die erste Schneidkante 5 ist an zumindest einem Teil einer ersten Kammlinie angeordnet, an welcher die erste Fläche 3 die zweite Fläche 4 schneidet. Hier kann die erste Schneidkante 5 über die Gesamtheit der ersten Kammlinie angeordnet sein, an welcher die erste Fläche 3 die zweite Fläche 4 schneidet. Alternativ kann die erste Schneidkante 5 nur in einem Teil der ersten Kammlinie angeordnet sein, an welcher die erste Fläche 3 die zweite Fläche 4 schneidet.
Das Basiselement 2 in den vorliegenden Ausführungsformen weist eine Mehrzahl von Hartphasen 11 und eine Mehrzahl von Binderphasen 12 auf. Eine jede der Hartphasen 11 ist aus einer Mehrzahl von ersten Hartphasen 13 und einer Mehrzahl von zweiten Hartphasen 14 gebildet. Die ersten Hartphasen 13, die zweiten Hartphasen 14 und die Binderphasen 12, welche alle das Basiselement 2 bilden, sind unterscheidbar durch Überprüfen eines Verteilungszustands und eines Gehalts eines jeden Elements durch eine Elektronenstrahlmikroanalysevorrichtung (EPMA) oder eine Auger-Analyse. Partikeldurchmesser der ersten Hartphasen 13 und der zweiten Hartphasen 14 müssen in Übereinstimmung mit einem Messverfahren eines mittleren Partikeldurchmessers von Hartmetall gemessen werden, welches in CIS-019A-2005 definiert ist.
Die Hartphasen 11 enthalten Titancarbonitrid (TiCN). Eine jede der ersten Hartphasen 13 und der zweiten Hartphasen 14 kann nur Titancarbonitrid enthalten, oder kann alternativ, zusätzlich zu Titan, eine oder mehrere Arten enthalten, die aus Metallen der Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems ausgewählt sind. Beispielsweise können die ersten Hartphasen 13 aus einer TiCN-Phase gebildet sein und können die zweiten Hartphasen 14 aus einer Verbundphase aus Titancarbonitrid und aus einer oder mehreren Arten gebildet sein, die aus Metallen der Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems ausgewählt sind.
Die ersten Hartphasen 13 und die zweiten Hartphasen 14 sind beispielsweise so angeordnet, dass die ersten Hartphasen 13 als ein Kernteil angeordnet sind und die zweiten Hartphasen 14 als ein Umfangsteil angeordnet sind, welcher den Kernteil umgibt.
In Bezug auf einen (422)-Ebene-Peak in der Röntgendiffraktometrieanalyse tritt ein Wert von 2Θ zwischen 135 bis 140° auf. Ein Peak p₂(422), welcher an der Kleinerer-Winkel-Seite im obigen Winkelbereich auftritt, ist ein Peak, welcher zur zweiten Hartphase 14 gehört, und ein Peak p₁(422), welcher an der Größerer-Winkel-Seite auftritt, ist ein Peak, welcher zur ersten Hartphase 13 gehört.
Um bei der Röntgendiffraktometrieanalyse eine hohe Genauigkeit zu erzielen, korrespondiert eine Messposition zu einer Position im Basiselement 2, welche von der Schneidkante 1 mm oder mehr im Abstand ist. Die Röntgendiffraktometrieanalyse muss ausgeführt werden, beispielsweise durch Abstrahlen eines CuKα-Strahls als eine Röntgenquelle auf die erste Fläche 3 und die zweite Fläche 4, nach dem Ausführen einer Hochglanzpolitur unter Ausgabebedingungen von 45 kV und 110 mA.
Eine Eigenspannung der Hartphase 11 kann gemessen werden durch Ausführen der Röntgendiffraktometrieanalyse. Die Eigenspannung in der Hartphase 11 kann berechnet werden unter Verwendung von 0,2 als ein Poisson-Verhältnis von Titannitrid und 423729 MPa als Young- bzw. Elastizitätsmodul.
Die Hartphase 11 weist hauptsächlich die ersten Hartphasen 13 und die zweiten Hartphasen 14 auf. Deshalb kann die Hartphase 11 zusätzlich zu den ersten Hartphasen 13 und den zweiten Hartphasen 14 eine Phase aufweisen, welche beispielsweise aus einem Carbid oder einem Nitrid von einer oder mehreren Arten gebildet ist, die aus Metallen der Gruppe 4, 5 und 6 des Periodensystems mit der Ausnahme von Titan ausgewählt sind. Bei einer Beobachtung durch ein Mikroskop ist ein Flächenanteil der ersten Hartphasen 13 und der zweiten Hartphasen 14 in einer Gesamtfläche der Hartphasen 11 bevorzugt 90 % der Fläche oder mehr.
Als eine Größe einer jeden der ersten Hartphasen 13, welche die Hartphasen 11 bilden, ist ein mittlerer Partikeldurchmesser d1 davon auf zum Beispiel 0,05 bis 0,5 µm festlegbar. Als eine Größe einer jeden der zweiten Hartphasen 14, welche die Hartphasen 11 bilden, ist ein mittlerer Partikeldurchmesser d2 davon auf beispielsweise 0,5 bis 2 µm festlegbar.
Jedoch ist die Größe einer jeden der ersten Hartphasen 13 und die Größe einer jeden der zweiten Hartphasen 14 nicht auf die oben genannten Werte beschränkt. Wenn ein Partikeldurchmesserverhältnis (d2/d1) gleich 3 bis 10 ist, ist eine Maximalhöhe einer jeden der ersten Fläche 3 und der zweiten Fläche 4 einfach innerhalb eines vorbestimmten Bereichs steuerbar. Wenn der Partikeldurchmesser innerhalb des obigen Bereichs liegt, ist es einfach, die Degranulation der ersten Hartphasen 13 und der zweiten Hartphasen 14 zu reduzieren.
Die Binderphasen 12 enthalten zumindest eines von Cobalt und Nickel. Mit anderen Worten können die Binderphasen 12 nur eines von Cobalt und Nickel enthalten oder können sowohl Cobalt wie auch Nickel enthalten.
Die Binderphasen 12 können ebenfalls Wolfram (W) zusätzlich zu Cobalt und zu Nickel enthalten. Hier können die Binderphasen 12 eine erste Binderphase 15 und eine zweite Binderphase 16 als zwei Arten von Phasen enthalten, welche im Wolfram-Gewichtsanteil unterschiedlich sind. Als ein Beispiel können die Binderphasen 12 eine erste Binderphase 15, deren Wolfram-Gewichtsanteil zu einem Gesamtgewicht von Cobalt und Nickel (W / (Co + Ni)) gleich 0,8 oder weniger ist, und eine zweite Binderphase 16 aufweisen, deren W / (Co + Ni) gleich 1,2 oder mehr ist.
Die erste Binderphase 15 und die zweite Binderphase 16 sind beispielsweise unterscheidbar durch Betrachten des Basiselements 2 durch ein Mikroskop und durch Überprüfen einer Verteilung eines jeden metallischen Elements mit einer Elektronenstrahlmikroanalysevorrichtung (EPMA), ebenso wie auf der Basis von Ergebnissen von Verhältnissen bzw. Anteilen von metallischen Elementen an einer jeden Position.
Eine Wärmeableitung des Basiselements 2 kann verbessert werden, wenn die Binderphasen 12 die erste Binderphase 15 und die zweite Binderphase 16 aufweisen. Eine Temperatur der ersten Schneidkante 5 ist deshalb weniger wahrscheinlich, während eines Schneidvorgangs anzusteigen, was zu einer verbesserten Abnutzungswiderstandsfähigkeit der ersten Schneidkante 5 führt.
Wenn die Binderphasen 12 die zweite Binderphase 16 aufweisen, deren Wolfram-Gewichtsanteil relativ groß ist, tendiert die Binderphase 16 aufgrund der relativ großen Elastizität dazu, einen Stoß durch eine elastische Verformung zu absorbieren, wenn ein Stoß auf den Einsatz 1 ausgeübt wird. Dies ermöglicht es, die Bruchwiderstandsfähigkeit des Basiselements 2 zu verbessern, und es ist weniger wahrscheinlich, dass ein Abplatzen bzw. Absplittern der ersten Schneidkante 5 während des Schneidvorgangs auftritt.
Wenn die Binderphasen 12 die ersten Binderphasen 15 aufweisen, deren Wolfram-Gewichtsanteil relativ klein ist, ist es möglich, eine Benetzungsfähigkeit zwischen den Binderphasen 12 und einer jeden der ersten Hartphasen 13 und der zweiten Hartphasen 14 zu verbessern. Es ist deshalb weniger wahrscheinlich, dass ein Riss im Basiselement 2 fortschreitet, was zu einer verbesserten Bruchwiderstandsfähigkeit des Einsatzes 1 führt.
Wenn die Binderphasen 12 die erste Binderphase 15 und die zweite Binderphase 16 aufweisen, ist es einfach, das Basiselement 2 herzustellen, in welchem eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphasen 14 in der ersten Fläche 3 gleich 450 bis 1000 MPa ist und eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphasen 14 in der zweiten Fläche 4 gleich 10 bis 400 MPa ist.
Die Binderphasen 12 enthalten hauptsächlich die erste Binderphase 15 und die zweite Binderphase 16. Obwohl es in der 3 nicht besonders dargestellt ist, können die Binderphasen 12 eine Phase enthalten, welche eine andere als die erste Binderphase 15 und die zweite Binderphase 16 ist, beispielsweise eine dritte Binderphase, in welcher W / (Co + Ni) größer als 0,8 und kleiner als 1,2 ist (0,8 < W / (Co + Ni) < 1,2). Basierend auf einer Betrachtung durch ein Mikroskop ist ein Flächenanteil der ersten Binderphase 15 und der zweiten Binderphase 16 in einer Gesamtfläche der Binderphasen 12 bevorzugt 90 % der Fläche oder mehr.
Wenn die dritte Binderphase in einem Verbindungsteil zwischen der ersten Binderphase 15 und der zweiten Binderphase 16 angeordnet ist, ist es für einen Riss aufgrund eines Unterschieds in einer thermischen Expansion zwischen der ersten Binderphase 15 und der zweiten Binderphase 16 weniger wahrscheinlich, dazwischen aufzutreten. Wenn sich die dritte Binderphase mit den ersten Hartphasen 13 und den zweiten Hartphasen 14 in Kontakt befindet, ist es möglich, eine Verbindungsfähigkeit der Hartphasen 11 und der Binderphasen 12 zu verbessern.
Gehalte von metallischen Elementen zur einem Gesamtgehalt von Metallen (mit der Ausnahme von Kohlenstoff und Stickstoff), welche im Basiselement 2 enthalten sind, sind beispielsweise wie folgt festlegbar: Ti mit 30 bis 55 Gew.-%, W mit 10 bis 30 Gew.- %, Niob (Nb) mit 0 bis 20 Gew.-%, Molybdän (Mo) mit 0 bis 10 Gew.-%, Tantal (Ta) mit 0 bis 10 Gew.-%, Vanadium (V) mit 0 bis 5 Gew.-%, Zirkonium (Zr) mit 0 bis 5 Gew.-%, Co mit 5 bis 25 Gew.-% und Ni mit 0 bis 15 Gew.-%. Wenn der Gehalt eines jeden der metallischen Elemente, welches im Basiselement 2 enthalten ist, innerhalb des obigen Bereichs liegt, ist es möglich, die Abnutzungswiderstandsfähigkeit und die Bruchwiderstandsfähigkeit des Basiselements 2 zu verbessern.
Ein Gehalt von jedem von Kohlenstoff und Stickstoff, welches im Basiselement 2 enthalten ist, ist wie folgt festlegbar. Beispielsweise ist ein Gehalt im Hinblick auf ein Gewicht von Stickstoff zu einer Gesamtmenge von Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten (N / (C + N)) auf 0,45 bis 0,55 festlegbar. Wenn (N / (C + N)) innerhalb des obigen Bereichs liegt, ist es möglich, sowohl die Abnutzungswiderstandsfähigkeit wie auch die Bruchwiderstandsfähigkeit des Basiselements 2 zu verbessern, und ist es weniger wahrscheinlich, dass während eines Schneidvorgangs an der ersten Schneidkante 5 ein Abplatzen auftritt. Als eine spezifische Menge von jedem von Kohlenstoff und Stickstoff, welches im Basiselement 2 enthalten ist, ist beispielsweise ein Kohlenstoffgehalt im Basiselement 2 auf 6 bis 6,5 Gew.-% festlegbar und ist ein Stickstoffgehalt im Basiselement 2 auf 6,5 bis 7,4 Gew.-% festlegbar.
Wenn die Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte in dem Basiselement 2 evaluiert werden, ist es erforderlich, einen Abschnitt des Basiselements 2 herauszunehmen, welcher in einer Tiefe von 500 µm oder mehr ausgehend von der Oberfläche angeordnet ist. Ein Gehalt von Kohlenstoff und Stickstoff kann evaluiert werden durch Pulverisieren des Abschnitts dieses Cermets und mittels der EPMA- oder Auger-Analyse.
Ein Anteil von jeder von den ersten Hartphasen 13, den zweiten Hartphasen 14, der ersten Binderphase 15 und der zweiten Binderphase 16, welche alle das Basiselement 2 bilden, ist nicht auf einen spezifischen Wert beschränkt. Beispielsweise ist mit Bezug auf einen Flächenanteil einer jeden der Phasen im Basiselement 2 zu einem Gesamtsichtfeld ein Flächenanteil der Hartphasen 11 auf 65 bis 95 % der Fläche festlegbar und ist ein Flächenanteil der Binderphase 12 auf 5 bis 35 % der Fläche festlegbar. Der Flächenanteil ist beispielsweise ausgehend von Bildern eines Betrachtungsergebnisses des Basiselements 2 durch ein Mikroskop unter Verwendung von gut bekannten Bildanalyseverfahren berechenbar. Insbesondere, wenn der Flächenanteil der Hartphasen 11 gleich 65 bis 85 % der Fläche ist und der Flächenanteil der Binderphasen 12 gleich 15 bis 35 % der Fläche ist, ist es möglich, die Haltbarkeit des Basiselements 2 zu verbessern.
Wenn bei der Betrachtung durch das Mikroskop ein Flächenanteil S1 der ersten Hartphasen 13 gleich 20 bis 35 % der Fläche im Hinblick auf einen Flächenanteil des gesamten Sichtfelds ist und ein Flächenanteil S2 der zweiten Hartphasen 14 gleich 35 bis 50 %der Fläche im Hinblick auf einen Flächenanteil des gesamten Sichtfelds ist, kann die Bruchwiderstandsfähigkeit des Basiselements 2 verbessert sein während die Abnutzungswiderstandsfähigkeit des Basiselements 2 beibehalten wird.
Der Flächenanteil von einer jeden der ersten Binderphase 15 und der zweiten Binderphase 16 bei der Betrachtung durch das Mikroskop ist wie folgt festlegbar. Als ein Beispiel ist der Flächenanteil B1 der ersten Binderphase 15 auf 15 bis 22 % der Fläche im Hinblick auf einen Flächenanteil mit Bezug auf das gesamte Sichtfeld festlegbar und ist der Flächenanteil B2 der zweiten Binderphase 16 auf 2 bis 20 % der Fläche im Hinblick auf einen Flächenanteil mit Bezug auf das gesamte Sichtfeld festlegbar.
Insbesondere, wenn ein Verhältnis des Flächenanteils B2 zum Flächenanteil B1 (B2/B1) gleich 0,1 bis 2 ist, ist es möglich, sowohl die Abnutzungswiderstandsfähigkeit wie auch die Bruchwiderstandsfähigkeit des Basiselements 2 zu verbessern. Insbesondere wenn B2/B1 gleich 0,3 bis 1,5 ist, ist es möglich, die Abnutzungswiderstandsfähigkeit und die Bruchwiderstandsfähigkeit des Basiselements weiter zu verbessern.
Das Basiselement 2 in den vorliegenden Ausführungsformen weist einen ersten Bereich 6, welcher die erste Fläche 3 aufweist, und einen zweiten Bereich 7 auf, welcher von der ersten Fläche 3 weiter weg angeordnet ist als der erste Bereich 6. Beispielsweise bildet in der Konfiguration der 2 der zweite Bereich 7 eine Basis im Basiselement 2 und ist der schichtförmige erste Bereich 6 am / auf dem zweiten Bereich 7 angeordnet, um die erste Fläche 3 aufzuweisen. Der erste Bereich 6 hat eine Dicke ts von 20 bis 100 µm und ist hoch effizient beim Unterdrücken des Entstehens eines Kolkverschleiß.
Es ist weniger wahrscheinlich, dass der Kolkverschleiß in der ersten Fläche 3 auftritt, wenn ein Gehalt der Binderphase 12 im ersten Bereich 6 kleiner ist als ein Gehalt der Binderphase 12 im zweiten Bereich 7. Dies beruht darauf, dass ein Gehalt der Hartphasen 11 im ersten Bereich 6 erhöht sein kann, da ein relativ geringer Gehalt der Binderphasen 12 im ersten Bereich 6 vorliegt, welcher die erste Fläche 3 aufweist.
Die zweite Fläche 4 enthält zumindest zum Teil den zweiten Bereich 7, da der erste Bereich 6 am zweiten Bereich 7 im Basiselement 2 angeordnet ist, wie es in der 2 gezeigt ist. Wenn ein Gehalt der Binderphasen 12 des zweiten Bereichs 7 in der zweiten Fläche 4 kleiner ist als ein Gehalt der Binderphasen 12 in einer Position in dem zweiten Bereich 7, welche in einer Tiefe von 500 µm oder mehr ausgehend von der zweiten Fläche 4 angeordnet ist, kann die erste Schneidkante 5 einfach geschärft werden, während die Haltbarkeit des Basiselements 2 verbessert ist.
Der Grund hierfür ist wie folgt. Die Haltbarkeit des Basiselements 2 ist verbessert, da der Gehalt der Binderphasen 12 im zweiten Bereich 7 relativ betrachtet größer ist als der Gehalt der Binderphasen 12 im ersten Bereich 6. Gleichzeitig tendieren die zweiten Hartphasen 14 im Freiflächenbereich zur Degranulation, da der Gehalt der Binderphasen 12 des zweiten Bereichs 7 in der zweiten Fläche 4 kleiner ist als an einer Position im zweiten Bereich 7, welche in einer Tiefe von 500 µm oder mehr ausgehend von der zweiten Fläche 4 angeordnet ist.
Im Einsatz 1 der vorliegenden Ausführungsformen ist die Druckeigenspannung der zweiten Hartphasen 14 in der zweiten Fläche 4 kleiner als die Druckeigenspannung der zweiten Hartphasen 14 in der ersten Fläche 3. Wenn eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphasen 14 im zweiten Bereich 7 kleiner ist als eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphasen 14 im ersten Bereich 6, kann die Abnutzungswiderstandsfähigkeit der ersten Fläche 3 hoch aufrechterhalten werden und kann die erste Schneidkante 5 stabil und einfach geschärft werden, sogar, wenn der Schneidvorgang für eine lange Zeitdauer ausgeführt wird.
In Fällen, in welchen nicht nur die zweiten Hartphasen 14, welche in der ersten Fläche 3 angeordnet sind, sondern auch die, welche im ersten Bereich 6 angeordnet sind, eine relativ betrachtet große Druckeigenspannung haben, ist es möglich, eine Entstehung von Kolkverschleiß in der Gesamtheit des ersten Bereichs 6 stabil zu unterdrücken, sogar, wenn ein Teil der zweiten Hartphasen 14, welche in der ersten Fläche 3 angeordnet sind, aufgrund des Schneidvorgangs über eine lange Zeitdauer degranuliert.
In Fällen, in welchen nicht nur die zweite Hartphasen 14, welche in der zweiten Fläche 4 angeordnet sind, sondern auch die, welche in dem zweiten Bereich 7 angeordnet sind, eine relativ betrachtet kleine Druckeigenspannung haben, sogar, wenn ein Teil der zweiten Hartphasen 14, welche in der zweiten Fläche 4 angeordnet sind, aufgrund des Schneidvorgangs über eine lange Zeitdauer degranuliert, verursacht die Degranulation eine weitere Degranulation von anderen zweiten Hartphasen 14 durch Degranulation, welche an der zweiten Fläche 4 exponiert sind. Folglich kann die erste Schneidkante stabil und einfach geschärft werden.
Obwohl die erste Kammlinie, an welcher die erste Schneidkante 5 angeordnet ist, makroskopisch betrachtet eine Liniengestalt hat, muss die erste Kammlinie keine genaue Liniengestalt haben. Die erste Kammlinie, an welcher die erste Fläche 3 die zweite Fläche 4 schneidet, kann mikroskopisch betrachtet eine gekrümmte Flächengestalt durch einen sogenannten Anfas- oder Hohnvorgang haben. Wenn die erste Kammlinie die gekrümmte Flächengestalt hat, ist es für die erste Schneidkante 5 weniger wahrscheinlich, zu brechen, was zu einer verbesserten Haltbarkeit der ersten Schneidkante 5 führt.
Wenn die erste Kammlinie die gekrümmte Flächengestalt hat, können in einem Querschnitt, welcher zur ersten Fläche 3 und zur zweiten Fläche 4 orthogonal ist und welcher die erste Schneidkante 5 schneidet, die erste Fläche 3 und die zweite Fläche 4 miteinander durch eine konvexe Kurve verbunden sein. Hier, wenn eine Dicke des ersten Bereichs 6 in einer Richtung orthogonal zur ersten Fläche 3 in einem Teil entlang der ersten Schneidkante 5 kleiner ist als eine Dicke des ersten Bereichs 6 in einer Richtung orthogonal zu ersten Fläche 3 in einem mittleren Teil der ersten Fläche 3, ist die erste Schneidkante 5, welche durch die konvexe Kurve bezeichnet ist, innerhalb eines Bereichs des ersten Bereichs 6 angeordnet. Es ist deshalb möglich, die Abnutzungswiderstandsfähigkeit der ersten Schneidkante 5 zu verbessern.
Es ist ebenfalls einfach, einen Krümmungsradius der konvexen Kurve zu reduzieren, wenn die Dicke des ersten Bereichs 6 in der Richtung orthogonal zur ersten Fläche 3 in dem Teil entlang der ersten Schneidkante 5 wie oben beschrieben relativ klein ist. Insbesondere, da ein Krümmungsradius der ersten Schneidkante 5 klein ist und die erste Schneidkante 5 als eine scharfe Schneidkante ausgeführt werden kann, kann die Gestalt der ersten Schneidkante 5 schneller in eine Gestalt gebracht werden, welche zu einer Bearbeitungsoberfläche passt, und eine Oberflächenrauheit der Bearbeitungsoberfläche kann glatter ausgeführt werden. Darüber hinaus können Unregelmäßigkeiten der ersten Kammlinie, welche die erste Schneidkante 5 aufweist, einfach innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gesteuert werden durch Ausführen der ersten Schneidkante 5 als eine scharfe Schneidkante.
Der Krümmungsradius der ersten Schneidkante 5 in dem obigen Querschnitt ist beispielsweise auf 1 bis 10 µm festlegbar. Der Krümmungsradius der ersten Schneidkante 5 kann evaluiert werden durch Ausschneiden des Basiselements 2 und Betrachten einer Schneidkante in einem erhaltenen Querschnitt. Alternativ kann der Krümmungsradius der ersten Schneidkante 5 gemessen werden ohne Ausschneiden des Basiselements 2 unter Verwendung eines Oberflächenrauheit-Messinstruments vom kontaktierenden Typ unter Verwendung einer Sonde, eines Oberflächenrauheit-Messinstruments vom nicht-kontaktierenden Typ unter Verwendung eines Lasers oder eines 3D-Gestalt-Messinstruments.
Eine Maximalhöhe der ersten Fläche 3 ist beispielsweise auf 0,3 bis 1,5 µm festlegbar. Eine Maximalhöhe der zweiten Fläche 4 ist beispielsweise auf 0,2 bis 1 µm festlegbar. Eine Maximalhöhe der ersten Kammlinie in einer Vorderansicht der zweiten Fläche 4 ist beispielsweise auf 1,5 bis 6 µm festlegbar.
Wenn die Maximalhöhen der ersten Fläche 3, der zweiten Fläche 4 und der ersten Kammlinie jeweilig innerhalb der obigen Bereiche liegen, können Unregelmäßigkeiten eines Teils der ersten Kammlinie, welche als die erste Schneidkante 5 dient, unmittelbar nach dem Starten eines Schneidvorgangs eines Werkstücks ausgeglichen werden, und die erste Schneidkante 5 tendiert dazu, eine Gestalt zu haben, welche zu einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks passt. Folglich kann eine glatte Bearbeitungsoberfläche unmittelbar nach dem Start des Schneidvorgangs geformt werden. Es wird leichter, die glatte Bearbeitungsoberfläche zu formen, wenn die Maximalhöhe der ersten Fläche 3 gleich 0,4 bis 1,3 µm ist, die Maximalhöhe der zweiten Fläche 4 gleich 0,3 bis 0,5 µm ist und die Maximalhöhe der ersten Kammlinie in der Vorderansicht der zweiten Fläche 4 gleich 2,5 bis 5 µm ist.
Eine Maximalhöhe (Rz) der ersten Kammlinie ist erhaltbar durch Messen eines Abschnitts der ersten Kammlinie, welche in einer Richtung zu betrachten ist, in welcher die zweite Fläche 4 zu einer Vorderseite in den vorliegenden Ausführungsformen korrespondiert. Die 4 ist eine schematische Darstellung, welche eine Ausführungsform einer Oberflächentextur im Einsatz 1 der vorliegenden Ausführungsformen zeigen. Ein Unterschied zwischen einem höchsten Abschnitt eines Bergs und eines tiefsten Abschnitts eines Tals ist die Maximalhöhe (Rz). Die Messung muss in Übereinstimmung mit dem Standard JISB0601-2001 ausgeführt werden, mit der Ausnahme, dass ein Cut-Off-Wert auf 0,08 mm festgelegt ist. Die Messung kann beispielsweise unter Verwendung des Oberflächenrauheit-Messinstruments vom kontaktierenden Typ oder des Oberflächenrauheit-Messinstruments vom nicht-kontaktierenden Typ ausgeführt werden, wie es oben beschrieben ist.
Wenn ein Mittenrauwert (Ra) der ersten Fläche 3 gleich 0,03 bis 0,1 µm ist, ist es für Späne weniger wahrscheinlich, anzuschweißen, und ist es für die bearbeitete Oberfläche weniger wahrscheinlich, dunkler zu werden. Wenn ein Mittenrauwert (Ra) der zweiten Fläche 4 gleich 0,07 bis 0,2 µm ist, kann eine Maximalhöhe in der ersten Schneidkante 2- bis 30-mal einer Maximalhöhe in der zweiten Fläche 4 sein. Der Mittenrauwert (Ra) einer jeden der ersten Fläche 3 und der zweiten Fläche 4 muss in Übereinstimmung mit dem Standard JISB0601-2001 gemessen werden, mit der Ausnahme, dass der Cut-Off-Wert auf 0,08 mm festgelegt ist. Die Messung kann beispielsweise unter Verwendung des obigen Instruments ausgeführt werden.
Wenn die zweite Fläche 4 mikroskopische Nuten hat, beispielsweise Poliermarken, welche sich in einer Richtung parallel zur ersten Schneidkante 5 erstrecken, ist es einfach zu steuern, dass die Unregelmäßigkeiten der ersten Kammlinie in der Richtung, in welcher die zweite Fläche nach vorne korrespondiert, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen. Dies ermöglicht es, die Oberflächenrauheit der bearbeiteten Oberfläche weiter zu glätten.
Die Maximalhöhe in der zweiten Fläche 4 ist bevorzugt mittels eines Schleifvorgangs einstellbar. Obwohl die erste Fläche 3 eine Sinterfläche sein kann, wird es einfacher die Maximalhöhe der ersten Kammlinie in einem vorbestimmten Bereich durch Polieren der ersten Fläche 3 unter Verwendung eines Bürstvorgangs oder eines Strahlvorgangs einzustellen.
Das Basiselement 2 in den vorliegenden Ausführungsformen weist weiter eine dritte Fläche 8 und eine zweite Schneidkante 9 zusätzlich zur ersten Fläche 3, zur zweiten Fläche 4 und zur ersten Schneidkante 5 auf. Die dritte Fläche 8 ist entgegengesetzt zur ersten Fläche 3 und zur zweiten Fläche 4 benachbart angeordnet. Insbesondere ist in den vorliegenden Ausführungsformen die zweite Fläche 4 zwischen der ersten Fläche 3 und der dritten Fläche 8 angeordnet und ist mit einer jeden von der ersten Fläche 3 und von der dritten Fläche 8 verbunden.
Die zweite Schneidkante 9 ist in zumindest einem Teil einer zweiten Kammlinie angeordnet, an welcher die zweite Fläche 4 die dritte Fläche 8 schneidet. Hier kann die zweite Schneidkante 9 über die Gesamtheit der zweiten Kammlinie angeordnet sein, an welcher die zweite Fläche 4 die dritte Fläche 8 schneidet. Alternativ kann die zweite Schneidkante 9 nur in einem Teil der zweiten Kammlinie angeordnet sein, an welcher die zweite Fläche 4 die dritte Fläche 8 schneidet. Allgemein werden die erste Fläche 3 als eine obere Fläche, wird die zweite Fläche 4 als eine Seitenfläche, wird die dritte Fläche 8 als eine untere Fläche, wird die erste Schneidkante 5 als eine obere Schneidkante und wird die zweite Schneidkante 9 als eine untere Schneidkante bezeichnet.
Eine von der ersten Schneidkante 5 und von der zweiten Schneidkante 9 wird gewöhnlich für einen einzelnen Vorgang verwendet, und, wenn eine Verschlechterung beim Verwenden über eine lange Zeitdauer auftritt, ist die andere durch Umkehren des Einsatzes 1 verwendbar.
Das Basiselement 2 in den vorliegenden Ausführungsformen weist einen dritten Bereich 10 zusätzlich zum ersten Bereich 6 und zum zweiten Bereich 7 auf, welcher die dritte Fläche 8 aufweist. Beispielsweise bildet in der Konfiguration der 4 der zweite Bereich 7 die Basis im Basiselement 2, und ist der schichtförmige dritte Bereich 10 unterhalb des zweiten Bereichs 7 angeordnet, um die dritte Fläche 8 aufzuweisen.
An der dritten Fläche 8 ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Kolkverschleiß auftritt, wenn ein Gehalt der Binderphasen 12 im dritten Bereich 10 kleiner ist als der Gehalt der Binderphasen 12 im zweiten Bereich 7. Der Grund hierfür ist, dass ein Gehalt der Hartphasen 11 im dritten Bereich 10 erhöht sein kann, da ein relativ geringer Gehalt der Binderphasen 12 im dritten Bereich 10 vorliegt, welche die dritte Fläche 8 aufweist.
Herstellungsverfahren
Ein Verfahren des Herstellens des Schneideinsatzes 1 in einer der Ausführungsformen ist nachfolgend beschrieben.
Ein Mischpulver wird hergestellt durch Hinzugeben und Mischen von TiCN-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,1 bis 1,2 µm hat, insbesondere 0,3 bis 0,9 µm, Wolframcarbid-(WC)-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,1 bis 2,5 µm hat, zumindest eines, welches aus Carbidpulver, Nitridpulver und Carbonitridpulver der Metalle der Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems ausgewählt ist, mit der Ausnahme von Titancarbonitrid (TiCN) und WC, einer vorbestimmten Menge von metallischem Cobaltpulver und metallischen Nickelpulver, welche einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,5 bis 5,5 µm haben, 1 bis 20 Gew.-% von zumindest einem von metallischem Wolframpulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 3 bis 15 µm hat, und WC_1-x-Pulver (0 < x ≤ 1), und Kohlenstoff, falls gewünscht.
Als das oben-genannte zumindest eine, welches aus Carbidpulver, Nitridpulver und Carbonitridpulver der Metalle der Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems ausgewählt ist, ist Titannitrid-(TiN)-Pulver, Niobcarbid-(NbC)-Pulver, Molybdäncarbid-(MoC)-Pulver, Tantalcarbid-(TaC)-Pulver, Vanadiumcarbid-(VC)-Pulver und Zirkoniumcarbid-(ZrC)-Pulver, welche einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,1 bis 3 µm haben, in der vorliegenden Ausführungsform verwendbar.
Das Mischpulver wird hergestellt durch Hinzugeben von beispielsweise einem Bindemittel und einem Lösungsmittel zu den obigen, abgewogenen Rohmaterialpulvern und durch Zusammenmischen mit einem gut bekannten Mischverfahren, wie beispielsweise einer Kugelmühle, einer Vibrationsmühle, einer Strahlmühle und einer Attritormühle. Die Attritormühle wird in den vorliegenden Ausführungsformen verwenden.
Obwohl die Rohmaterialpulver einen kleineren Partikeldurchmesser durch das Zerkleinern aufgrund des Mischens des Pulvers unter Verwendung der Attritormühle haben, haben die Metallpulver eine große Duktilität und ist es deshalb weniger wahrscheinlich, dass sie zerkleinert werden. Ein geformter Körper wird dann hergestellt durch Formen des Mischpulvers in einer vorbestimmten Gestalt mit einem gut bekannten Formverfahren, wie beispielsweise Pressformen, Extrusionsformen und Spritzformen.
In den vorliegenden Ausführungsformen wird der geformte Körper in Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre gesintert. In den vorliegenden Ausführungsformen kann das Basiselement 2, welches aus dem Cermet gebildet ist, dass die obengenannte vorbestimmte Struktur hat, hergestellt werden durch Ausführen eines Sinterns unter folgenden Bedingungen. Spezifische Sinterbedingungen weisen auf: (a) Steigern der Temperatur ausgehend von Raumtemperatur auf 1100°C, (b) Steigern der Temperatur ausgehend von 1100°C auf eine erste Sintertemperatur von 1330 bis 1380 °C in einem Vakuum mit einer Temperatursteigerungsrate von 0,1 bis 2°C/min, (c) Steigern der Temperatur ausgehend von der ersten Sintertemperatur auf eine zweite Sintertemperatur von 1500 bis 1600 °C in einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre von 30 bis 2000 Pa mit einer Temperatursteigerungsrate von 4 bis 15°C/min, (d) Halten der zweiten Sintertemperatur für 0,5 bis 2 Stunden in einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre von 30 bis 2000 Pa und Senken der Temperatur mit einer Temperatursenkungsrate von 5 bis 15°C/min in einer Stickstoffgasatmosphäre von 1000 bis 5000 Pa.
Metallisches Co-Pulver und metallisches Ni-Pulver schmelzen zusammen, während sie Festkörper-gelöst sind, und treten um die Hartphasen 11 herum, um die Hartphasen 11 miteinander zu verbinden durch Einstellen eines mittleren Partikeldurchmessers eines jeden des WC-Pulvers und des metallischen W-Pulvers in den obigen Rohmaterialpulvern und durch Steuern eines Temperatursteigerungsmusters und eines Zeitpunkts, um eine vorbestimmte Menge von Inertgas während des Sinterns einzuleiten.
Zumindest eines vom metallischen W-Pulver und vom WC_1-x-Pulvers (0 < x ≤ 1), welche in einem Zustand vorliegen, in dem sie einen größeren mittleren Partikeldurchmesser als die anderen Rohmaterialpulver im geformten Körper haben, diffundieren aufgrund des Sinterns partiell in die Hartphasen 11, während ein Teil davon die zweite Binderphase 16 bildet. Eine vorbestimmte Eigenspannung ist auf die ersten Hartphasen 13 und die zweiten Hartphasen 14 durch Einstellen eines Kühlmusters aufbringbar.
In den vorliegenden Ausführungsformen ist eine Druckeigenspannung, welche für die ersten Hartphasen 13 angewendet wird, größer als eine Druckeigenspannung, welche für die zweiten Hartphasen 14 angewendet wird. Die zweiten Hartphasen 14, welche in einer Oberfläche des Sinterkörpers angeordnet sind, haben eine größere Druckeigenspannung als die zweiten Hartphasen 14, welche innerhalb des Sinterkörpers angeordnet sind.
Nachfolgend wird die Oberfläche des erhaltenen Sinterkörpers einem Poliervorgang unterzogen. Zuerst wird ein Strahlvorgang auf die erste Fläche 3 des Sinterkörpers angewendet. Dies ermöglicht es, die Druckeigenspannung der Hartphasen 11 im Spanflächenbereich der ersten Fläche 3 zu verbessern. In dem Fall eines Negativ-Einsatzes, welcher die erste Schneidkante 5 und die zweite Schneidkante 9 als Schneideinsatz hat, wird der Schleifvorgang ebenfalls auf die dritte Fläche 8 angewendet, welche an einer entgegengesetzten Seite der ersten Fläche 3 angeordnet ist.
Nachfolgend, nach dem Unterziehen des Strahlvorgangs, wird ein Schleifvorgang unter Verwendung eines Schleifrads auf die zweite Fläche 4 angewendet, welche zur ersten Fläche 3 benachbart ist und welche den Freiflächenbereich hat. Es ist beispielsweise bevorzugt 1000er bis 8000er Schleifräder zu verwenden. Die zweiten Hartphasen 14, welche innerhalb des Sinterkörpers angeordnet sind und eine relativ geringe Druckeigenspannung haben, werden an der Oberfläche der zweiten Fläche 4 durch den Schleifvorgang exponiert. Nachfolgend wird ein Strahlvorgang oder ein Bürstvorgang auf die erste Schneidkante 5 angewendet, falls gewünscht, wodurch ein vorbestimmter Betrag des Hohnens der ersten Schneidkante 5 angewendet wird.
Eine Beschichtungsschicht kann auf der Oberfläche des Basiselements 2 abgelagert werden, falls gewünscht. Ein Physikalische Gasphasenabscheidung-(PVD)-Verfahren, wie beispielsweise ein lonenplattierungsverfahren und ein Sputterverfahren, ist geeignet als ein Verfahren des Ablagerns der Beschichtungsschicht anwendbar.
Ein Schneidwerkzeug 101 in einer der Ausführungsformen ist nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie es in der 6 dargestellt ist, ist das Schneidwerkzeug 101 der vorliegenden Ausführungsformen ein stangenförmiger Körper, welcher sich ausgehend von einem ersten Ende (ein oberes Ende in der 6) zu einem zweiten Ende (ein unteres Ende in der 6) erstreckt. Das Schneidwerkzeug 101 weist einen Halter 105, welcher eine Tasche 103 an einer Seite des ersten Endes aufweist, und den Einsatz 1 auf, welcher in der Tasche 103 angeordnet ist.
Die Tasche 103 ist ein Abschnitt, an welchem der Einsatz 1 befestigt ist. Die Tasche 103 weist eine Sitzfläche parallel zu einer unteren Fläche des Halters 105 und eine Begrenzungsseitenfläche auf, welche relativ zu Sitzfläche geneigt ist. Die Tasche 103 ist an einer Seite des ersten Endes des Halters 105 offen.
Der Einsatz 1 ist in der Tasche 103 angeordnet. Die untere Fläche des Einsatzes 1 kann die Tasche 103 direkt kontaktieren. Alternativ kann ein Blatt zwischen dem Einsatz 1 und der Tasche 103 gehalten werden.
Der Einsatz 1 ist befestigt, sodass ein Teil der ersten Kammlinie, welche als die erste Schneidkante verwendet wird, ausgehend vom Halter 105 auswärts vorsteht. In den vorliegenden Ausführungsformen ist der Einsatz 1 am Halter 105 durch eine Fixierschraube 107 befestigt. Insbesondere werden Schraubabschnitte zusammengeschraubt durch Einsetzen der Fixierschraube 107 in ein Durchgangsloch des Einsatzes 1 und durch Einsetzen eines vorderen Endes der Fixierschraube 107 in ein Schraubloch (nicht gezeigt), welches in der Tasche 103 geformt ist.
Als ein Material des Halters 105 ist beispielsweise Stahl oder Gusseisen Von diesen Materialien wird hochfester Stahl bevorzugt verwendet.
Die vorliegenden Ausführungsformen zeigen und beschreiben das Schneidwerkzeug, welches in einem sogenannten Drehvorgang verwendet wird. Beispiele des Drehvorgangs weisen einen Innendurchmesser-Bearbeitungsvorgang, einen Außendurchmesser-Bearbeitungsvorgang und einen Nutbearbeitungsvorgang auf. Das Schneidwerkzeug ist nicht auf solche beschränkt, welche beim Drehvorgang verwendet werden. Beispielsweise kann der Einsatz 1 der vorhergehenden Ausführungsformen bei Schneidwerkzeugen angewendet werden, welche in einem Fräsvorgang verwendbar sind.
BEISPIEL 1
Ein Mischpulver wurde hergestellt durch Vorbereiten, basierend auf Messungen mit einem Microtrac-Verfahren, einer Menge von 35 Gew.-% TiCN-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,6 µm hat, einer Menge von 15 Gew.-% WC-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 1,1 µm hat, einer Menge von 11 Gew.-% TiN-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 1,5 µm hat, einer Menge von 11 Gew.-% NbC-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 1,5 µm hat, einer Menge von 1 Gew.-% ZrC-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 1,8 µm hat, einer Menge von 1 Gew.-% VC-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 1 µm hat, einer Menge von 10 Gew.-% Ni-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 2,4 µm hat, einer Menge von 10 Gew.-% Co-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 1,9 µm hat, und einer Menge von 6 Gew.-% W-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 7 µm hat.
Eine Schlämme wurde hergestellt durch Hinzugeben, zu dem Mischpulver, von Isopropylalkohol (IPA) und Paraffin, sowie Edelstahlkugeln und Hartmetallkugeln, gefolgt von Mischen mit der Attritormühle. Granuliertes Pulver wurde hergestellt durch Ausführen der Granulation durch Sprühtrocknen unter Verwendung der Schlämme. Das granulierte Pulver wurde bei 150 MPa in eine Viereckplattengestalt pressgeformt.
Nachfolgend wurde ein Sintern unter den folgenden Sinterbedingungen ausgeführt: (a) Steigern der Temperatur ausgehend von Raumtemperatur auf 1100°C, (b) Steigern der Temperatur ausgehend von 1100°C auf eine erste Sintertemperatur von 1350°C in einem Vakuum mit 0,7°C/min, (c) Steigern der Temperatur ausgehend von 1350°C auf eine zweite Sintertemperatur von 1575°C in einer N₂-Gas-Atmosphäre von 1000 Pa mit 10°C/min, (d) Halten von 1575°C für 1 Stunde in der N₂-Gas-Atmosphäre von 1000 Pa und (e) Senken der Temperatur mit einer Temperatursenkungsrate von 10°C/min in der N₂-Gas-Atmosphäre mit 3000 Pa Druck. Jeder der Einsätze wurde erhalten durch Ausführen der Vorgänge auf der ersten Fläche und der zweiten Fläche, welche in der Tabelle 1 angegeben sind.
Zusammensetzungen der metallischen Elemente, welche in dem Basiselement in einem jeden der erhaltenen Einsätze enthalten sind, wurden durch eine IPC-Analyse gemessen, und ein Gehalt von jedem der metallischen Elemente zu einer Gesamtmenge der metallischen Elemente wurde berechnet. Unter Verwendung eines Cermets als Standardprobe, dessen Kohlenstoffgehalt bekannt war, wurden ein Kohlenstoffgehalt und ein Stickstoffgehalt in einem zentralen Seitenabschnitt des Basiselements, welcher erhalten wurde durch Polieren von 500 µm oder mehr ausgehend von der Oberfläche des Basiselements, durch eine Kohlenstoffanalysevorrichtung gemessen.
Die Zusammensetzung des Cermets relativ zur Gesamtmenge der Metalle war wie folgt: 37,7 Gew.-% Ti, 24,3 Gew.-% W, 11,8 Gew.-% Nb, 1,1 Gew.-% Zr, 1 Gew.-% V, 12,1 Gew.-% Co und 12,1 Gew.-% Ni. Relativ zur Gesamtmenge des Cermets war der Kohlenstoffgehalt 6,15 Gew.-% und war der Stickstoffgehalt 6,43 Gew.-%.
Strukturen an fünf willkürlichen Abschnitten wurden überprüft durch Betrachten durch ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM), und Arten der Hartphasen und der Binderphasen wurden auf einer 50.000-fach Abbildung durch eine Elektronenstrahlmikroanalysevorrichtung (EPMA) identifiziert, wodurch die Anwesenheit oder die Abwesenheit der ersten Hartphase, der zweiten Hartphase, der ersten Binderphase und der zweiten Binderphase ermittelt wurde. Es wurde herausgefunden, dass eine Kernstrukturphase mit einem Anteil von 10 % der Fläche oder weniger mit Bezug auf die Gesamtheit der Hartphasen in einer jeden der Proben vorlag.
Eine Bildanalyse eines Bereichs von 2500 nm x 2500 nm wurde ausgeführt unter Verwendung von herkömmlich-erhaltbarer Bildanalysesoftware. Als ein Ergebnis war ein Flächenanteil B1 der ersten Binderphase 20 % der Fläche, war ein Flächenanteil B2 der zweiten Binderphase 9 % der Fläche, war ein Flächenanteil der anderen Binderphasen 2 % der Flächen und war ein Verhältnis von B2/B1 gleich 0,45. Ein Flächenanteil einer Summe von B1 und B2 mit Bezug auf die Gesamtheit der Binderphasen war 0,94.
Ein mittlerer Partikeldurchmesser (d1) der ersten Hartphase war 0,43 µm, ein mittlerer Partikeldurchmesser (d2) der zweiten Hartphase war 1,8 µm und ein Verhältnis d2/d1 davon war 4,19. Innerhalb eines Sichtfelds war ein Flächenanteil S1 der ersten Hartphase 25 % der Fläche und ein Flächenanteil S2 der zweiten Hartphase 44 % der Fläche.
Darüber hinaus wurden eine Maximalhöhe einer jeden der ersten Fläche, der zweiten Fläche und der ersten Kammlinie sowie ein Mittenrauwert gemessen.
Druckeigenspannungen der ersten Hartphase und der zweiten Hartphase in einer jeden der ersten Fläche und der zweiten Fläche wurden durch ein 2D-Verfahren gemessen. Die Druckeigenspannungen sind durch positive Werte in der Tabelle 1 angegeben. Die Fläche des Basiselements, welche jede von der ersten Fläche und der zweiten Fläche aufweist, wurde durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) betrachtet, und Verteilungszustände der metallischen Elemente wurden durch die EPMA überprüft. Die Anwesenheit oder die Abwesenheit des ersten Bereichs, welcher einen geringeren Gehalt der Binderphase als der zweite Bereich hat, wurde ermittelt, und eine Dicke des ersten Bereichs wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben.
Ein Drehtest unter Verwendung eines jeden der erhaltenen Einsätze wurde unter den folgenden Schnittbedingungen ausgeführt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.
(Evaluation der fertiggestellten Oberfläche)

Werkstück:	S10C
Schnittgeschwindigkeit:	50 m/min
Zustellerrate:	0,07 mm/Umdrehung
Schnitttiefe:	0,5 mm
Schnittzustand:	nass

Evaluationsverfahren: Ein Mittenrauwert und ein Maß einer Dunkelverfärbung der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks wurden nach einer Bearbeitung für 30 Sekunden ermittelt.
(Lebensdauerevaluation)

Werkstück:	SCM435
Schnittgeschwindigkeit:	250 m/min
Zustellerrate:	0,12 mm/Umdrehung
Schnitttiefe:	0,5 mm
Schnittzustand:	nass

Evaluationsverfahren: Ein Maß an Kolkverschleiß nach dem Schneiden von 100 m und eine Schnittlänge beim Erreichen der Lebensdauer wurden gemessen. [Tabelle 1]

Probe Nr.	Bearbeitungsbedingung			Dicke des ersten Bereichs (µm)	erste Fläche σ₁₁(MPa)		zweite Fläche σ₁₁(MPa)
Probe Nr.	erste Fläche	zweite Fläche		Dicke des ersten Bereichs (µm)	erste Hartphase	zweite Hartphase	erste Hartphase	zweite Hartphase
1	gestrahlt	geschliffen	gebürstet	60	80	850	100	370
2	gestrahlt	geschliffen		70	115	680	120	300
3	gestrahlt	geschliffen	gestrahlt	50	130	570	60	150
4	nichts	geschliffen	gebürstet	70	0	250	30	300
5	gestrahlt	gestrahlt		60	120	580	150	580

[Tabelle 2]

Probe Nr.	Maximalhöhe (µm)				Mittenrauwert (µm)		Bearbeitete Oberfläche		Schnittlänge (m)	Tiefe des Kolkverschleiß (µm)
Probe Nr.	erste Fläche	zweite Fläche	Schneidkante	Schneidkante / zweite Fläche	erste Fläche	zweite Fläche	Oberflächenrauheit (µm)	Maß der Dunkelfärbung	Schnittlänge (m)	Tiefe des Kolkverschleiß (µm)
1	1	0,3	2,8	9,33	0,17	0,06	1,5	keine	14,4	38
2	0,4	0,4	4,8	12	0,12	0,03	1,7	keine	13,1	42
3	1,3	0,5	3,4	6,8	0,15	0,08	1,8	keine	11,5	40
4	0,7	0,4	3	7,5	0,22	0,05	3,1	vorliegend	7,2	50
5	1,2	0,5	5	10	0,18	0.1	4,3	vorliegend	9,6	45

Tabellen 1 und 2 zeigen das Folgende. In einer jeden der Proben Nr. 1 bis 3, in welchen die Druckeigenspannung der zweiten Hartphase in der zweiten Fläche kleiner war als eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphase in der ersten Fläche, war die Oberflächenrauheit der bearbeiteten Fläche glatt und wurde keine Dunkelfärbung der bearbeiteten Oberfläche beobachtet. Jede der Proben Nr. 1 bis 3 hatte einen geringen Kolkverschleiß in der ersten Fläche und erzielte eine große Schnittlänge.
Bezugszeichenliste

1: Schneideinsatz (Einsatz)
2: Basiselement
3: erste Fläche
4: zweite Fläche
5: erste Schneidkante
6: erster Bereich
7: zweiter Bereich
8: dritte Fläche
9: zweite Schneidkante
10: dritter Bereich
11: Hartphase
12: Binderphase
13: erste Hartphase
14: zweite Hartphase
15: erste Binderphase
16: zweite Binderphase
101: Schneidwerkzeug
103: Tasche
105: Halter
107: Fixierschraube

Claims

Ein Schneideinsatz (1), aufweisend: ein Basiselement (2), welches eine erste Fläche (3), eine zur ersten Fläche (3) benachbarte zweite Fläche (4) und eine erste Schneidkante (5) aufweist, welche zumindest in einem Teil einer ersten Kammlinie angeordnet ist, an welcher die erste Fläche (3) die zweite Fläche (4) schneidet, wobei das Basiselement (2) eine Hartphase (11), die ein Titancarbonitrid enthält, und eine Binderphase (12) aufweist, die zumindest eines von Kobalt und Nickel enthält, in einem Vergleich eines (422)-Ebene-Peaks in einer Röntgendiffraktometrieanalyse die Hartphase (11) eine erste Hartphase (13), welche an einer Größerer-Winkel-Seite wahrgenommen wird, und eine zweite Hartphase (14) aufweist, welche an einer Kleinerer-Winkel-Seite wahrgenommen wird, und eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphase (14) in der zweiten Fläche (4) kleiner ist als eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphase (14) in der ersten Fläche (3).
Der Schneideinsatz (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Basiselement (2) einen ersten Bereich (6), welcher die erste Fläche (3) aufweist, und einen zweiten Bereich (7) aufweist, welcher von der ersten Fläche (3) weiter entfernt angeordnet ist als der erste Bereich (6), und ein Gehalt der Binderphase (12) in dem ersten Bereich (6) kleiner ist als ein Gehalt der Binderphase (12) im zweiten Bereich (7).
Der Schneideinsatz (1) gemäß Anspruch 2, wobei die zweite Fläche (4) den zweiten Bereich (7) aufweist und ein Gehalt der Binderphase (12) des zweiten Bereichs (7) in der zweiten Fläche (4) kleiner ist als ein Gehalt der Binderphase (12) an einer Position im zweiten Bereich (7), welche ausgehend von der zweiten Fläche (4) in einer Tiefe von 500 µm oder mehr angeordnet ist.
Der Schneideinsatz (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphase (14) im zweiten Bereich (7) kleiner ist als eine Druckeigenspannung der zweiten Hartphase (14) im ersten Bereich (6).
Der Schneideinsatz (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Dicke des ersten Bereichs (6) in einer Richtung orthogonal zur ersten Fläche (3) in einem Teil entlang der ersten Schneidkante (5) kleiner ist als eine Dicke des ersten Bereichs (6) in einer Richtung orthogonal zur ersten Fläche (3) in einem mittleren Teil der ersten Fläche (3).
Der Schneideinsatz (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Basiselement (2) weiter eine dritte Fläche (8), welche entgegengesetzt zur ersten Fläche (3) und benachbart zur zweiten Fläche (4) angeordnet ist, und eine zweite Schneidkante (9) aufweist, welche in zumindest einem Teil einer zweiten Kammlinie angeordnet ist, an welcher die dritte Fläche (8) die zweite Fläche (4) schneidet, das Basiselement (2) einen dritten Bereich (10) aufweist, welcher die dritte Fläche (8) aufweist, und ein Gehalt der Binderphase (12) im dritten Bereich (10) kleiner ist als der Gehalt der Binderphase (12) im zweiten Bereich (7).
Der Schneideinsatz (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Druckeigenspannung der ersten Hartphase (13) in der zweiten Fläche (4) größer ist als eine Druckeigenspannung der ersten Hartphase (13) in der ersten Fläche (3).
Der Schneideinsatz (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Maximalhöhe Rz der ersten Fläche (3) 0,3 bis 1,5 µm ist, eine Maximalhöhe Rz der zweiten Fläche (4) 0,2 bis 1 µm ist und eine Maximalhöhe Rz der ersten Kammlinie in einer Vorderansicht der zweiten Fläche (4) 1,5 bis 6 µm ist.
Der Schneideinsatz (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Druckeigenspannung der zweiten Hartphase (14) in der zweiten Fläche (4) 10 MPa bis 400 MPa ist.
Der Schneideinsatz (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Druckeigenspannung der zweiten Hartphase (14) in der ersten Fläche (3) 450 MPa bis 1000 MPa ist.
Ein Schneidwerkzeug (101), aufweisend: einen Halter (105), welcher eine Tasche (103) an einer Seite eines vorderen Endes des Halters (105) aufweist, und einen Schneideinsatz (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schneideinsatz (1) in der Tasche (103) angeordnet ist.