DE2225900B2 - Schneidwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schneidwerkzeug mit einer mindestens teilweise mit einem die Verschleißfestigkeit erhöhenden Überzug versehenden Oberfläche.

Schneidwerkzeuge mit einem die Verschleißfestigkeit erhöhenden Überzug sind bekannt; so werden in der deutschen Offenlegungsschrift 1964602 und der Zeitschrift »wt-Z. ind. Fertig. 60 (1970), Nr. 4, Seite 178« Schneidwerkzeuge beschrieben, die aus einem verhältnismäßig zähen Hartmetall bestehen und zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit mit einem dünnen Metallkarbid-Überzug, beispielsweise einem Überzug aus Titankarbid, versehen sind. Derartige Schneidwerkzeuge tragen der Gegenlä'ufigkeit von Zähigkeit und Verschleißfestigkeit dadurch Rechnung, daß auf ein verhältnismäßig zähes Hartmetallsubstrat ein weniger zäher, dafür aber um so verschleißfesterer Überzug aufgebracht wird. Allerdings ergeben sich dabei Schwierigkeiten, die insbesondere aus der erforderlichen Schichtdicke, dem verhältnismäßig geringen Haftvermögen sowie der mangelhaften Temperaturwechselbeständigkeit und Schlagfestigkeit des Überzugs bedingt sind.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 035 677 ist auch bereits ein Verfahren zum elektrolytischen Aufbringen von Osmium bekannt, ohne daß sich außer Hinweisen auf die optische Beschaffenheit des Überzugs irgend etwas über die Eigenschaften eines Osmiumüberzugs findet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, durch Aufbringen eines Überzugs die Standzeit eines Schneidwerkzeugs und/oder die zulässige Schnittgeschwindigkeit bei gleicher Standzeit zu erhöhen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem Schneidwerkzeug der eingangs genannten Art mindestens die der Schneidkante benachbarten Oberflächen mit Ruthenium und/oder Osmium überzogen sind. Im Gegensatz zu den bekannten Schneidwerkzeugen besitzt der Überzug demgemäß eine geringere Härte als das Substrat. Dieses kann aus Hartmetall, d. h. im wesentlichen aus Karbiden und einem Bettungsmetall der Eisengruppe, üblicherweise Kobalt oder aus einem Hochgeschwindigkeitsstahl bestehen.

Der eirfindungsgemäße Überzug läßt sich in üblicher Weise, beispielsweise elektrolytisch, durch Flammspritzen oder Aufdampfen auftragen. Des weiteren kann der Überzug durch Auftragen einer PuI-veraufschlämmung auf ein Hartmetallwerkzeug und anschließendes Sintern oder durch Auftragen eines rutheniumhaltigen flüssigen Glanzerzeugers aufgebracht werden, die anschließend durch Erhitzen bis zum Metall zersetzt wird. Schließlich kann der Überzug schon beim Herstellen des Hartmetallwerkzeugs durch Flammspritzen eines aus Karbiden und metalli-

scher Bettungsmasse bestehenden Preßlings vor dem Sintern oder durch Auftragen einer Deckschicht aus Ruthenium und/oder Osmium auf einen Pulverprsßling und Nachpressen vor dem Sintern des Preßlings aufgebracht werden.

ίο Es genügen sehr dünne Überzüge, beispielsweise mit einer Dicke von höchstens 2 oder 3 μπι, wobei die Überzugsdicke allerdings von der Art des Aufbringens abhängig ist. Beim elektrolytischen Auftragen wurde festgestellt, daß die Qualität bei Dicken

über 6 um leidet, so daß die Überzugsdicke vorzugsweise 2 bis 10 um beträgt. Gleichmäßige Überzüge mit einer Dicke von 2 bis 30 um ergeben jedoch im wesentlichen dieselben Verbesserungen der Standzeit. Die meisten Elektrolyten, aus denen sich Ruthenium

jo oder Osmium abscheiden läßt, sind jedoch so sauer, daß sie das Bettungsmetall des Hartmetalls angreifen, so daß vor der Elektrolyse zunächst eine schützende Überfangschicht aus einem säurebeständigen Metall, beispielsweise aus Gold oder Palladium aufgebracht

werden sollte. Durch Flammspritzen aufgebrachte Überzüge sind zwangläufig dicker und erreichen beispielsweise eine Dicke von 125 μπι.

Wird der Überzug beispielsweise mittels eines rutheniumhaltigen flüssigen Glanzerzeugers aufge-

bracht, wie er beispielsweise bei einer Reaktion eines Rutheniumhalogenids mit einem Äther anfällt, so ergibt sich bei einem einmaligen Auftragen mit anschließendem Trocknen und Glühen bei 600° C ein etwa 0,5 um dicker Überzug, so daß mehrere Schichten aufgetragen werden müssen, um eine größere Überzugsdicke zu erreichen.

Die Erfindung bewirkt insbesondere eine Erhöhung der Standzeit von Schneidplättchen, wie zahlreiche Versuche unter Verwendung von Hartmetall-Schneidplättchen aus 83% Wolframkarbid, 12% Titankarbid und 5% Kobalt gezeigt haben. Bei diesen Versuchen unter erschwerten Bedingungen wurden die Plättchen zum Zerspanen eines Stahls mit 0,3% Kohlenstoff, 4% Nickel, 1,25% Chrom und 0,3% Molybdän verwendet, der auf 500 Hv gehärtet und angelassen worden war. Die Mehrzahl aller Versuche wurden ohne Verwendung eines Bohröls oder Kühlungsmittels durchgeführt. Der Anstellwinkel des Plättchens in bezug auf das Werkstück betrug 75°, und es wurde mit einer Plättchenkante gespant. Der Vorschub betrug 0,3 mm/ü und die Schneidtiefe 0,13 mm. Als Standzeit wird die Zeit angenommen, bei der alternativ die Werkzeugspitze ausbricht, der mittlere Flankenverschleiß 0,4 mm oder ein örtlicher Flankenverschleiß 0,8 mm beträgt, oder bei der die Schneide auf einem gegebenen Durchmesser keinen sauberen Schnitt mehr liefert.

Beispiel 1

Verschiedene Plättchen wurden elektrolytisch in einem wäßrigen Bad mit 30 g/l (NHJ₃ [Ru₂NCI₈ (H₂O)₂] und 10 g/l Ammoniumsulfat bei einem mittels Sulfamatsäure auf 1,5 eingestellten pH-Wert, einer Badtemperatur von 70° C und einer Stromdichte von 1 bis 2 A/dm² mit Ruthenium überzogen. Vor dem Eintauchen in dem Elektrolyten wurde das Hartmetall in einem alkalischen Goldcyanid-Bad mit einem dünnen Goldüberzug versehen, um eine Korrosion des

Kobalts durch den sauren Elektrolyten zu vermeiden. Die Hartmetallplättchen wurden mit Überzügen unterschiedlicher Dicke versehen. Bei Überzugsdicken von 6 und 10 μπι und einer Schnittgeschwindigkeit von 92 m/min ergaben sich dreimal längere Standzeiten ais bei nichtüberzogenen Plattchen derselben Zusammensetzung.

Beispiel 2

Mehrere Schneidplättchen wurden in einem wäßrigen Bad mit 10 gi Kaliumhexachlorosrnat, 15 g/l Kaliumchlorid und 60 g/l Kaliumbisulfat, dessen pH-Wert mittels Kaliumhydroxyd auf 1,2 bis 1,5 eingestellt worden war, elektrolytisch mit Osmium überzogen. Die Badtemperatur betrug 70° C, die Kathodenstromdichte 1 bis 2 A, dm" und die Anodenstromdichte unter 0,5 A/dnr. Um eine Korrosion des Bettungsmetalls durch den Elektrolyten zu vermeiden, wurden sämtliche Plättchen zunächst mit einem dünnen Goldüberzug versehen. Die Standzeit war im Falle von 3 μπι dicken Osmiumüberzügen bei einer Schnittgeschwindigkeit von 67 m/min dreimal besser als bei Vergleichsplättchen.

Beispiel 3
Ein Hartmetallplättchen aus 82% Wolframkarbid, 13 % Titankarbid und 5 % Kobalt wurde entsprechend Beispiel 1 elektrolytisch mit einem 6 μπι dicken Rutheniumüberzug versehen. Bei einem Zerspanungsversuch entsprechend Beispiel 1 mit einer Schnittgeschwindigkeit von 61 m/min besaß das Pläitchen die dreifache Lebensdauer eines Vergleichsplättchens ohne Überzug.

Beispiel 4

ίο Ein Schneidwerkzeug aus Hochgeschwindigkeitsstahl mit 0,8% Kohlenstoff, 21% Wolfram, 11% Kobalt, 5% Chrom, 1,5% Vanadin, 0,5% Molybdän, Rest Eisen wurde entsprechend Beispiel 1 mit einem 4 μνη dicken Rutheniumüberzug versehen. Da das

t5 Aufbringen des Rutheniumüberzugs auf den vorerwähnten Stahl schwierig war, wurde dieser zunächst ebenso vorbehandelt wie rostfreie Stähle beim Überziehen mit Nickel. Nach dieser Vorbehandlung wurde zunächst eine dünne Goidschicht aufgebracht, ehe der

ao Stahl mit Ruthenium überzogen wurde. Beim Zerspanen eines auf eine Härte von 500 Hv vergüteten Stahls mit einer Schnittgeschwindigkeit von 15 m/min, einem Vorschub von 0,25 mm/U und einer Schnittiefe von 1,3 mm ergab sich eine Standzeit, die viermal so lang

as war, wie bei einem Vergleichswerkzeug ohne Überzug.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schneidwerkzeug mit einer mindestens teilweise mit einem die Verschleißfestigkeit erhöhenden Überzug versehenen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die der Schneidkante benachbarten Oberflächen mit Ruthenium und/oder Osmium überzogen sind.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß es aus Hartmetall besteht.

3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug elektrolytisch mit einer Dicke von 2 bis 10 ,um aufgebracht ist.