DE2517288A1

DE2517288A1 - Werkzeuge, die auf den auf verschleiss beanspruchten stellen mit einem ueberzug aus hartstoffen beschichtet sind

Info

Publication number: DE2517288A1
Application number: DE19752517288
Authority: DE
Inventors: Johann Ing Bodem; Gerolf Dr Strohmeier
Original assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Current assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Priority date: 1974-06-25
Filing date: 1975-04-18
Publication date: 1976-01-08
Also published as: ATA522974A; CH615852A5; FR2276133B1; AT328254B; FR2276133A1; GB1509752A

Description

Metallwerk Plansee AG & Co KG Reutte/Tirol

Werkzeuge, die auf den auf Verschleiß beanspruchten Stellen mit einem Überzug aus Hartstoffen beschichtet sind

Die Herstellung von Zahnrädern wird vielfach durch spanabhebende Bearbeitung eines Rohlings durch Abwälzfräser vorgenommen. Wegen der komplizierten Form der erforderlichen Fräswerkzeuge werden diese zumeist aus Stahl hergestellt. Damit sie den an sie gestellten Anforderungen gewachsen sind, hat man auch schon daran gedacht, sie mit gelöteten oder geklemmten Hartmetalleinsätzen aus" zustatten. Trotz dieser Maßnahme hat sich aber herausgestellt, daß wegen der besonderen Beanspruchungsverhältnisse die Herstellung von Zahnrädern noch immer sehr kostspielig ist. Jeder einzelne Zahn des Abwälzfräsers trägt zwar nur einen kleinen Span ab, der jedoch wegen seiner unregelmäßigen Formen einen hohen Ver" schleiß des Werkzeuges verursacht. An den Bogenschneiden der Schneidzähne be~ steht in hohem Maß die Gefahr einer Aufbauschneidenbildung durch Preßschweißung zwischen den Spänen und dem Schneidwerkstoff. Für die Preßschweißung sind bei Stahl die weichen Phasen der Matrix und bei Hartmetall die Hilfsmetallphasen ver" antwortlich.

Es ist nun bereits bekannt, Werkzeuge aus Stahl oder Hartmetall mit einem dünnen Überzug aus Hartstoffen zu versehen, um die Verschleißfestigkeit der Werkzeuge zu erhöhen. Für diese Überzüge haben sich Hartstoffe bewährt, die aus Verbindungen von Elementen der NI. bis Vl. Gruppe des Periodensystems mit Kohlenstoff und/ oder Stickstoff und/oder Bor und/oder Silizium bestehen. Beispiele hierfür sind Kar" bide₇ Nitride und Boride des Titans, Zirkons, Hafniums, Vanadiums, Tantals, Niobs usw. Die Überzüge können auch aus mehreren Schichten mit verschiedenen Zusarn" mensetzungen bestehen.

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Im allgemeinen genügt es, wenn die Überzüge nur eine Dicke zwischen 4 und 10 u aufweisen. In Sonderfällen kann es aber auch zweckmäßig sein, dünnere und dickere Überzüge zu verwenden, so daß Überzüge mit einer Gesamtdicke von 1,0 bis 50 u für diese Anwendung in Frage kommen. Eine einfache Art der Schichtherstellung be" steht darin, sie aus gasförmigen Verbindungen, in denen die metallischen Komponen" ten in Form von gasförmigen Halogeniden enthalten sind, abzuscheiden.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß Abwälzfräser aus Stahl oder Hart" metall, die an den auf Verschleiß beanspruchten Stellen mit Harfstoffüberzügen versehen sind, den bei der Herstellung von Zahnrädern auftretenden Beanspruchungen hervorragend gewachsen sind. Durch das Fehlen jeglicher Phasen, die zur Preß" schweißung neigen, wird an der Oberfläche des Schneidstoffes eine Preßschweißung zwischen Werkstoff und Schneidstoff weitgehend vermieden. Derartige Überzüge be" wirken deshalb nicht nur eine längere Standzeit der Werkzeuge, sondern gestatten auch eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit, wodurch die Wirtschaftlichkeit beim Einsatz der Werkzeuge wesentlich verbessert wird«

Die Erfindung besteht demgemäß in der Verwendung von Werkzeugen aus Stahl oder Hartmetall, die an den auf Verschleiß beanspruchten Stellen mit einem Über" zug aus Harfstoffen beschichtet sind, die aus Verbindungen von Elementen der III. bis VI. Gruppe des Periodensystems mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Bor und/oder Silizium in einer oder mehreren Schichten bestehen, zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnrädern nach dem Abwälzverfahren. Als besonders Widerstands" fähig gegen Preßschweißung haben sich Nitride, zum Beispiel Titannitride, erwiesen. Vorteilhaft ist es auch, mehrere Schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung vorzusehen, weil dies zu einem sehr zähen Schichtaufbau führt. Zum Beispiel kann an den auf Verschleiß beanspruchten Stellen des Werkzeuges zunächst eine Schicht aus Titankarbid und darüber eine Schicht aus Titankarbonitrid mit hohem Stickstoffgehalt aufgebracht werden „

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In einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert?

Ein Abwälzfräser ist mit geklemmten Hartmetall~Schneidplatten ausgestattet. Um die Standzeit des Werkzeuges zu erhöhen und um mit höheren Schnittge" schwindigkeiten arbeiten zu können, werden die Schneidplatten mit einem Hart" Stoffüberzug beschichtet. Zu diesem Zwecke werden die mit einem Überzug zu versehenden Schneid platten zuerst gereinigt und können anschließend karburiert werden, um etwas Kohlenstoff on ihrer Oberfläche anzureichern. Die Hartmetall" Schneidplatten oder Formteile werden dann bei ca. 850 bis 1200 C in einem Gas" gemisch bestehend aus Wasserstoff, Titantetrachlorid, Methan und etwas Stickstoff, geglüht. Das Gasgemisch reagiert an der Oberfläche der Hartmetall teile und es scheidet sich ein stark kohlenstoffhaltiges Titankarbonitrid ab. Nach 3 bis 20 Minuten wird das Methan langsam abgestellt und der Stickstoffanteil langsam er" höht. Dann werden die Teile noch ca. 20 bis 60 Minuten mit dem Gasgemisch, das nun aus Titantetrachlorid, Wasserstoff und Stickstoff besteht, weiter beschich" tet, wobei sich jetzt reines Titannitrid abscheidet.

Die metal I ogra phi sehe Untersuchung des Überzuges zeigte, daß der Überzug je nach den eingestellten Bedingungen (Temperatur, Zeit und Gaszusammensetzung) aus einer 0,5 bis 3 Ai dicken, hoch kohlenstoffhaltigen Titankarbonitridschicht besteht, die kontinuierlich in eine ca. 3 bis 20/U dicke Titannitridschicht übergeht. Da Titankarbid und Titannitrid in jedem Verhältnis miteinander mischbar sind, sind innerhalb des Überzuges keine scharfen Schichtgrenzen festzustellen.

Wird die Erfindung auf Abwälzfräser angewendet, die durchgehend aus Stahl be" stehen, so ist es natürlich nur erforderlich, die auf Verschleiß beanspruchten Stellen des Werkzeuges zu beschichten. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß die nicht zu beschichtenden Stellen durch eine Schutzschicht, zum Beispiel aus ge" eigneten Lacken, die nachträglich wieder entfernt werden können, während des Be" schichtungsvorganges abgedeckt werden.

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Sowohl für die Zusammensetzung der Schutzschicht ais auch für die Alt der Auf" bringung gibt es die-verschiedensten Möglichkeiten» Geeignet sirsd v©ral3eai Hartstoffschichten, die aus Verbindungen des Titans, Zirkoniums, Hafniums, Vanadiums, Tantals, Niobs usw. mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Bor usw. bestehen. Die einzelnen Schichten können natürlich auch in versah se" denster Weise miteinander kombiniert werden» Die Aufbringung der Schichten kann außer durch Abscheidung aus gasförmigen Verbindungen auch durch bsSie" blgs andere Beschichtungsverfahren, wie Plasmaspritzen, Sputtern uswo vorgenommen werden.

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Claims

Patentanspruch

Verwendung von Werkzeugen aus Stab! oder Hartmetall, die an den auf Verschleiß beanspruchten Stellen mh sinem Überzug aus Hartstoffen beschichtet sind, die aus Verbindungen von Elementen der II!. bis Vl. Grup" pe des Periodensystems mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Bor und/oder Silizium in einer oder mehreren Schichten bestehen, zur span" abhebenden Bearbeitung von Zahnrädern ncsch dem Abwälzverfahren.

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