DE1964602B2

DE1964602B2 - Schneideinsatz für die Bearbeitung von Stahl und ähnlichen Materialien

Info

Publication number: DE1964602B2
Application number: DE1964602A
Authority: DE
Inventors: Carl Sven Gustaf Laennersta Ekemar (Schweden)
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1969-01-02
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1975-09-04
Also published as: DE1964602A1; JPS524565B1; DK142346B; CH516371A; DK142346C; NL6919640A; ES375114A1; AT301988B; BE743865A; US3616506A

Description

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gehalt über 10 Gewichtsprozent und vorzugsweise stoff. Eine besondere Analyse der Beschichtung zeigte,

unter 15 Gewichtsprozent daß die Schicht aus Titankarbomtrid mit etwa 30 Ge-

Es werden nunmehr zwei Beispiele beschrieben, wichtsprozent TiN und etwa 70 Gewichtsprozent TiC

welche die Bedingungen zeigen, unter denen die Be- bestand.

schichtung einer Anzahl Schneideinsätze durchgeführt 5 B e i s η ΐ e 1 2

worden ist, und die auch das Ergebnis eines Schneid- ^p

testes aufzeigen, der mit verschiedenen Arten beschich- Es wusde ein Schneidtest durchgeführt in Form einer

teter und unbeschichteter Schneideinsätze durchge- unterbrochenen Schneidoperation, wie Fräsen, eines

führt worden ist. Kohlenstoffstahls mit einem Kohlenstoffgehalt von

Beispiel 1 ^{l0 emem} Prozent unter folgenden Schnittbedingungen:

EswurdenHartmetaUeinsätzemiteinerOberflächen- SS?^TA^⁰ "^'

schicht aus modifiziertem Titankarbid beschichtet, in <^ ·«' f"· R ^^

welcher ein Kohlenstoffgehalt wesentlich unter der ^{e e}" ^mm"

stöchiometrischen Zusammensetzung erhalten wurde. 15 Die Lebensdauer des Werkzeuges, gemessen ent-Gleichzeitig wurde ein aktiver Teil, das heißt ein sprechend den üblichen Normen, wurde für die folrelativ hoher Gehalt an Stickstoff, in die Schicht ein- genden Typen von Hartmetalleinsätzen bestimmt:
gebracht.

Das Verfahren wurde ausgeführt in einem Reaktor, dessen wesentliche Teile aus Nickellegierung bestanden, »o In diesem Reaktorgehäuse wurden 3000 gesinterte Hartmetallplatten auf 100O⁰C erhitzt. Die Platten waren hergestellt aus einer Hartmetallqualität entsprechend ISO P 30 mit der folgenden Zusammensetzung: 9,5 Gewichtsprozent Co, 12 Gewichtsprozent »5 TiC, 6 Gewichtsprozent TAC und Rest WC. Sie wurden auf Siebplatten aufgelegt, so daß ein guter Kontakt mit dem umgebenden Gas erreicht wurde. Das Gas, das aus einer Mischung aus 10% TiCl₄, 5% CH₄, 15% N₂ und 70% H₂ bestand und in bekannter Weise 30 vorbereitet war, wurde in den Reaktor durch eine einzige Zuführungsleitung eingelassen. Der Druck im

Reaktor konnte auf 15 mm Hg gehalten werden, indem Das Hartmetall entsprechend ISO P 30 hatte die

Gas mit Hilfe einer Vakuumpumpe aus dem Reaktor- Zusammensetzung: 9 Gewichtsprozent Co, 12 Gebehälter abgesogen wurde, der von korrosiven Re- 35 wichtsprozent TiC, 6 Gewichtsprozent TaC, 4 Geaktionsprodukten (z. B. HCl) durch eine Kühlfalle wichtsprozent NbC und Rest WC.
mit flüssigem Stickstoff geschützt wurde, die vor der Die Variante Nr. 3 wurde mit den Bedingungen des

Pumpe angeordnet war. Auf diese Weise wurde in der Beispiels 1 vorbereitet.

Charge eine lineare Gasströmungsgeschwindigkeit von Die Ergebnisse zeigen, daß die Beschichtung mit

1 m/sec erreicht. 40 einer dünnen Schicht aus TiC (Nr. 2) eine beträchtliche

Die Behandlung erfolgte über vier Stunden. Das Verbesserung der Werkzeuglebensdauer im Vergleich Ergebnis waren feinkörnige homogen: Schichten mit mit dem Standardeinsatz (Nr. 1) aufwies. Eine dünne einer Dicke von etwa 4 μτη, die aus Titankarbid be- Schicht aus einem Titankarbid mit mangelhaftem standen, wobei der Kohlenstoffgehalt wesentlich unter Kohlenstoffgehalt und mit einem Stickstoffgehalt, der stöchiotietrischen Zusammensetzung lag. Der 45 d. h. Titankarbonitrid gemäß der Erfindung (Nr. 3), fehlende Kohlenstoff wurde im wesentlichen ersetzt ergab einen sehr großen Anstieg der Lebensdauer des oder kompensiert durch eine aktive Menge an Stick- Einsatzes.

Qualität entsprechend	ISO P 30 (Standard, unbeschidnet)	Werkzeug lebensdauer
	ISO P 30 mit TiC-Schicht (4μπι)	(Minuten)
1.	ISO P 30 mit TiC, TiN-Schicht entsprechend der Erfindung (4μΐη)	3,3
2.	10,7
3.	20,3

Claims

Schaeideinsätze nicht allgemein eingeführt worden Patentansprüche: smd. , ..,„ M .„ ,. M, „_ _„ Es ist auch bekannt (Ua-Pa 2yo2Jö8, OE-PS

1. Schneideinsatz für die Bearbeitung von Stahl 2 68 003), daß beträchtliche Verbesserungen der 1Eigen- und ähnlichen Materiaüen, bestehend aus einem 3 schäften von Schneideinsatz«! erreicht werden können, Einsatzkörper aus einer gesinterten Hartmetallegie- wenn man auf einen Kern oder eine Unterlage aus rung, die neben einem oder mehreren Karbiden, normalem gesinterten Hartmetall eine Oberflachenwie Wolframkarbid, Titankarbid, Tantalkarbid schicht mit hoher Verschleißfestigkeit aufbringt. Dabei und/oder Niobkarbid, Bindemetall, wie Kobalt, hat sich eine Oberflachenschicht aus extrem fem-Nickel und/oder Eisen enthält, wobei auf den xo körnigem Titankarbid als geeignet erwiesen. Es ist Einsatzkörper eine Oberflächenschicht mit höherer auch bekannt (FR-PS 15 25 512), auf die Oberflache Verschleißfestigkeit als diejenige des Hartmetall- von gesinterten Karbiden neben Titankarbid auch einsatzkörper aufgebracht ist, die im wesentlichen Schichten aus Kanadiumkarbid Tantalkarbid, Niobaus einem extrem feinkörnigen Titankarbid und/ karbid und/oder Wolframkarbid aufzubringen.

oder einer festen Lösung aus Titankarbid und ande- 15 Es ist auch bekannt (»Metalloberflache« [1966], ren Karbiden, wie Wolframkarbid, Tantalkarbid S. 361 und 362), daß es vorteilhaft ist, auf Stahl und/oder Niobkarbid, besteht, dadurch ge- od. dgl., sehr dünne Titankarbidschichten, z.B. mit kennzeichnet, daß die Oberflächenschicht einer Dicke von 3 bis 10 μΐη, aufzubringen,
einen Kohlenstoffgehalt aufweist, der wesentlich Das Aufbringen der sehr dünnen verschleißfesten

unter der stöchiometrischen Zusammensetzung *° Schicht kann durch Ablagerung aus einer gasförmigen des jeweiligen Karbids liegt. Phase mit an sich bekannten Verfahren (»Journal of the

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch ge- Electro Chemical Society«, Vol. 96, November 1949, kennzeichnet, daß die Karbide in der Oberflächen- S. 318 bis 333) erfolgen. Bei einer Beschichtung einer schicht eine aktive Menge an Stickstoff und/oder Hartmetallunterlage mit Karbid wird oft eine Wasser-Sauerstoff enthalten, und zwar wenigstens 0,5 Ge- 25 stoff, Titanhalogenid und Kohlenwasserstoff, wie wichtsprozent und vorzugsweise 3 bis 5 Gewichts- Methan, enthaltende Gasmischuns verwendet (US-PS Prozent N und/oder O in Form von Nitriden und/ 29 62 388). Das Aufbringen der Schicht erfolgt zweck- oder Oxiden. mäßig bei einer Temperatur zwischen 700 und 1000°C,

3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, da- beispielsweise zwischen 750 und 1050⁰C, wobei der durch gekennzeichnet, daß das Karbid in der Ober- 30 Gasdruck niedriger als Atmosphärendruck ist, vorflächenschicht Titankarbid mit einem Kohlen- zugs weise zwischen 1 bis 100 Torr (mm Hg) liegt stoffgehalt über 10 Gewichtsprozent und Vorzugs- (CH-PS 4 52 205).

weise unter 15 Gewichtsprozent ist. Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, Schmid-

einsätze der eingangs genannten Art mit verbesserten 35 Eigenschaften, wie höherer Lebensdauer, zu schaffen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die

Oberflächenschicht einen Kohlenstoffgehalt aufweist, der wesentlich unter der stöchiometrischen Zusammensetzung des jeweiligen Karbids liegt. Es hat sich

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz für die 40 überraschenderweise gezeigt, daß durch die Verringe-Bearbeitung von Stahl und ähnlichen Materialien, rung des Kohlenstoffgehaltes insbesondere eine erbestehend aus einem Einsatzkörper aus einer gesin- höhte Gleichförmigkeit der Qualität der beschichteten terten Hartmetallegierung, die neben einem oder Schneideinsätze erreichbar ist. Verschiedene harte mehreren Karbiden, wie Wolframkarbid, Titankarbid, Karbide, die normalerweise in einem gesinterten Hart-Tantalkarbid und/oder Niobkarbid, Bindermetall, wie 45 metall enthalten sind, haben nämlich sogenannte Kobald, Nickel und/oder Eisen enthält, wobei auf ausdehnbare Homogenitätsbereiche, d. h., daß der den Einsat/körper eine Oberflächenschicht mit höherer Kohlenstoffgehalt des Karbids veränderbar ist und Verschleit festigkeit als diejenige des Hartmetallein- mehr oder weniger unterhalb der stöchiometrischen satzkörpers aufgebracht ist, die im wesentlichen aus Zusammensetzung liegen kann. Unter diesen Kareinem extrem feinkörnigen Titankarbid und/oder 50 biden sind TiC, TaC und VC, die bei normaler Aneiner festen Lösurg aus Titankarbid und anderen Kar- wendung im gesinterten Hartmetall Kohlenstoffgehalte biden, wie Wolframkarbid, Tantalkarbid und/oder haben, die nicht in wesentlichem Maße von dem Niobkarbid, besteht. stöchiometrischen Gehalt abweichen. Bei Titankarbid

Es ist bekannt (GB-PS 11 15 908 und 11 18 362), entspricht dieser Gehalt 80 Gewichtsprozent Ti und auf ein gesintertes Hartmetall verschleißfeste Schichten 55 20 Gewichtsprozent C. Wenn durch die erfindungsaufzubringen. So kann z. B. ein Hartmetallgegenstand gemäße Maßnahme durch beträchtliche Abweichung aus mehreren Schichten bestehen, wobei die Ober- des Kohlenstoffgehaltes in der Oberflächenschicht flächenschicht aus einem Hartmetall mit einer anderen günstige Ergebnisse erzielt werden, so liegt hierin ein Zusammensetzung besteht, z. B. einen höheren Gehalt Gegensatz im Vergleich zu der normalen Situation bei an TiC hat, als der darunterliegende Teil des Gegen- 60 der Hartmetallunterlage selbst,
stands. Derartige Gegenstände hat man auf pulver- In manchen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die

metallurgische Weise durch Pressen oder Sintern her- Karbide in der Oberflächenschicht eine aktive Menge gestellt, wobei die Oberflächenschichten und auch die an Stickstoff enthalten, und zwar wenigstens 0,5 Gedarunterliegenden Teile ein Bindermetall enthalten. wichtsprozent und normalerweise höchstens 3 bis 5 Ge-Es hat sich aber gezeigt, daß bei solchen Schneidein- 65 wichtsprozent in Form von Nitriden mit Karbid oder Sätzen schwerwiegende Nachteile auftreten. So lösen Nitrid bildenden Metallen in der Schicht, wie Ta, Nb sich z. B. die verhältnismäßig dicken Schichten ab, und/oder W. Das Karbid in der Oberflächenschicht oder es treten Risse in diesen Schichten auf, so daß die ist vorteilhaft Titankarbid mit einem Kohlenstoff-