DE2812186A1

DE2812186A1 - Schneidwerkzeug aus hartlegierung mit titankarbonitridueberzug

Info

Publication number: DE2812186A1
Application number: DE19782812186
Authority: DE
Inventors: Henri Pastor; Gerard Romagnolo
Original assignee: Eurotungstene SA
Current assignee: Eurotungstene SA
Priority date: 1977-03-21
Filing date: 1978-03-20
Publication date: 1978-09-28
Also published as: BE865072A; IL54309A; IL54309A0; DE2812186B2; JPS53116581A; LU79275A1; CH620614A5; SE7803265L; ATA194678A; FR2384576B1; FR2384576A1; DE7808394U1

Description

EUROTUNGSTENE, 38loo Grenoble, Prankreich

Schneidwerkzeug aus Hartlegierung mit Titankarbonitridüberzug

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schneidwerkzeug, insbesondere eine abnehmbare Schneidplatte, zur Bearbeitung von Metallen, das aus einem Substrat aus einer harten Metallegierung und einem dünnen und wenigstens auf den aktiven Teilen des Werkzeugs haftenden Überzug besteht.

Die Schneidplatten werden üblicherweise aus einer Legierung hergestellt, die aus Wolframkarbid, einem oder mehreren Karbiden von Metallen der Gruppen IV und V des Periodensystems (d. h. Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta) - es handelt sich meistens um eine Mischung von TaC + TiC - und aus einem Bindemetall der Gruppe Eisen, Nickel, Kobalt, meistens Kobalt, besteht.

Um die Verschleißbeständigkeit und folglich die Lebensdauer dieser Platten zu verbessern, überzieht man sie häufig mit einer oder mehreren dünnen Schichten, beispielsweise aus Titankarbid, Titannitrid oder der übereInanderschichtung der beiden.

Der Titankarbidüberzug verbessert merklich die Beständigkeit gegenüber Abtragverschleiß, widersteht jedoch schlecht dem kraterartigen Verschleiß. Im Gegensatz dazu besitzt ein Überzug aus Titannitrid umgekehrte Eigenschaften.

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Es war also natürlich, nach einer Vereinigung dieser beiden Eigenschaften zu trachten. So beschreibt die FR-PS 2 I70 258 einen Doppelschichtuberzug mit TiC an der Seite des Trägers und TiN an der Außenoberfläche. Jedoch gelangt man, wenn die TiN-Schicht abgenutzt ist, plötzlich zur TiC-Schicht mit einem sofortigen Abfall der Beständigkeit gegenüber Kraterbildung.

Die genannte Patentschrift beschreibt ebenfalls einen Überzug, dessen Zusammensetzung fortlaufend von TiC an der Substratseite bis zu TiN an der Oberfläche unter Durchlaufen von Karbonitrid-Zwischenzusammensetzungen übergeht. Wenn sich der Überzug im Betrieb abnutzt, ist es mit einem solchen Erzeugnis unmöglich, . über die Zeit konstante Schneideigenschaften zu erzielen, da sich diese Eigenschaften mit der Zusammensetzung des Überzugs ändern, was insbesondere für die auf mit großer Geschwindigkeit arbeitenden Transfermaschinen montierten Werkzeuge störend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung dieser Nachteile einen Überzug auf einem Schneidwerkzeug zu entwickeln, der diesem über die Zeit konstante Schneideigenschaften verleiht und sowohl gegenüber Freiflächenversehleiß als auch gegenüber tfraterartigem Verschleiß selbst bei hohen Schneidgeschwindigkeiten beständig ist, was eine Verbesserung der Lebensdauer dieser Werkzeuge ermöglicht.

Die Anmelderin hat gefunden, daß für jede Art von verwendetem Substrat im Inneren eines bestimmten Bereichs von Zusammensetzungen dieses Substrats eine besondere und verhältnismäßig enge Titankarbonitridzusammensetzung existiert, die den mit diesem Stoff überzogenen Werkzeugen im Vergleich mit denen im Fall der gegenwärtig erhältlichen Erzeugnisse merklich überlegene Schneideigenschaften verleiht.

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Gegenstand der Erfindung, womit die genannte Aufgäbe gelöst wird, ist ein Schneidwerkzeug, insbesondere eine abnehmbare Schneidplatte, das aus einem Substrat aus Hartlegierung »it gewichtsmäßig 40 bis 95 % ' Wolframkarbid, einem Prozentsatz ρ von 3 bis 50 % eines oder mehrerer Karbide von Metallen der Gruppen IV und V des Periodensystems und 2 bis 15 % eines Bind «metalls der Gruppe Fe-Ni-Co und aus einem

besteht,

wenigstens eine Schicht aufweisenden Überzug /dessen am Substrat haftende Schicht aus Titankarbonitrid der allgemeinen Formel TiC N besteht, in der 0,8 ^. χ + y£ 1 ist, mit dem Kennzeichen, daß χ derart bestimmt wird, daß sich in einem. Diagramm (Fig. 1) mit Koordinaten ρ und χ der maßgebende Punkt M (p, x) im Inneren eines Vierecks ABCD befindet, dessen Ecken als Koordinaten haben:

A ρ = 3 % χ = 0,9

B ρ = 10 % x = 0,9

C ρ = 50 % χ= 0,3

D ρ = 23 % x= 0,3.

Im Fall, wo der Überzug aus einer einzigen Titankarbonitridschicht besteht* ist seine Dicke vorteilhaft im Bereich von 2 bis 15 yum, vorzugsweise 5 bis 12 yum.

Man kann diese erste Schicht vorteilhaft mit einer zweiten Titannitridschicht überziehen. In diesem Fall hat die Titankarbonitridschicht zweckmäßig eine Dicke von 2 bis 10 /um, vorzugsweise 4 bis 8 /um, und die Titannitridschicht hat zweckmäßig eine Dicke von 1 bis 8 /um, vorzugsweise 2 bis 8 yum.

Die Fig. 1 zeigt in einem Diagramm mit den Koordinaten ρ und χ das Viereck ABCD, das die erfindungsgemäßen Titankarboni-

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tridzusammensetzungen begrenzt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Ergebnisse von Schneidversuchen, die mit Schneidplatten gemäß der Erfindung und bekannten Schneidplatten bezüglich der Beständigkeit gegenüber Freiflächen-Verschleiß und kraterartigem· Verschleiß durchgeführt wurden.

Der Titankarbonitridüberzug hat eine allgemeine Formel TiC N . in der die Summe χ + y gleich oder etwas kleiner als 1 ist. Im übrigen ist es'erwünscht, daß diese Summe möglichst nahe liegt.

Um die erfindungsgemäß angestrebten Ergebnisse zu erzielen, darf χ 0,9 nicht übersteigen, da man sonst an den überzogenen Platten ScBnwierigkeiten gleicher Art wie mit reinem TiC antreffen würde. Umgekehrt darf χ 0,3 nicht unterschreiten, da man sonst die gleichen Probleme wie mit TiN allein vorfinden- würde.

Zwischen diesen beiden Grenzen hat der Bereich gemäß der Erfindung die Form eines engen Bandes, das leicht aufgeweitet ist, wenn χ sinkt, was zeigt, daß, wenn der Anteil ρ von anderen Karbiden als WC im Substrat steigt, man einen geringeren x-Wert wählen muß.

Die Aufweitung zeigt, daß die Auswahl für niedrige Werte von ρ schärfer als für hohe Werte ist, wo eine größere Toleranz möglich ist.

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Beispielsweise wurden gute Ergebnisse mit den folgenden Zusammensetzungen als Funktion der Art des Substrats erhalten (Tabelle I).

Substrat Gew. fo	Code ISO	WG	TiC	TaC	Co	Ti C N - Überzug
P 20 P 25 P 30 M 10 M 15 M 20	66,4 71 69 84 82 82	11,2 8 8,2 7 6,5 5	13,7 12 12,3 3 5 5	8,7 9 3,0,5 6 6,5 8	Ti C 0,55 N 0,43 Ti C 0,67 N 0,32 Ti C 0,56 N 0,43 Ti C 0,80 N 0,20 Ti C 0,75 N 0,25 Ti C 0,78 N 0,20

Die Überzüge wurden in an sich bekannter Weise nach der Technik chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt, die eine leichte Regelung der Zusammensetzung aufgrund der Gasdurchsätze, Drücke und Temperaturen ermöglicht. Die Bestandteile werden beispielsweise durch Methan,Titantetrachlorid und Stickstoff in Gegenwart von Wasserstoff zugeführt.

Die erfindungsgemäß überzogenen Schneidplatten weisen eine ausgezeichnete Beständigkeit sowohl gegenüber als auch gegenüber Kraterartigem Verschleiß auf.

Diese Ergebnisse werden in nicht beschränkender Weise durch das folgende Beispiel erläutert.

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Beispiel;

Man verglich quadratische Schneidplatten aus gleichem Substrat nach der Norm "ISO M ΙΟ* folgender Zusammensetzung (Gew. %)

wc	84
TiC	7
TaC
Co	6

mit den folgenden Überzügen:

m
-um

(a) TiC, Dicke 6 yu

(b) TiN, Dicke 8 /

(c) TiC + TiN, Dicken 4 yum + j5 yum

(d) TiC₀ g N_{0 2} + TiN, Dicken 6 /um und 4 /um

gemäß der Erfindung.

Sämtliche Versuche wurden mit einem Stahl "XC 45f" nach der französischen Norm "NFA 02-005" durchgeführt.

Eine erste Versuchsreihe . zur Bestimmung der Einstufung der Beständigkeit gegenüber fieiilSehenversehleiß bestand darin, die Lebensdauer/tier Platte für einen konstanten 'i'reiflächenver'schleiß von 0,2 mm als Punktion der Schneidgeschwindigkeit Vc zu ftrfassen. Man nahm den Durchschnitt der für die vier Schneidkanten erhaltenen Werte.

Die Ergebnisse sind in der Fig. 2 dargestellt.

Man stellt fest, daß ab einer Geschwindigkeit der Größenordnung von 250 m/min die Platte (d) gemäß der Erfindung eine höhere Lebensdauer als dieanderen Platten aufweist, die im Sinne

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wachsenden Verschleißes in der Reihenfolge (a), (c), (b) liegen.

Eine zweite Versuchsreihe zur Bestimmung der Einstufung der Beständigkeit gegenüber fcraterartigern Verschleiß bestand darin, für eine Schneiddauer von 8 Minuten die Tiefe K^ der Kraterbildung (in /um) als Punktion der Schneidgeschwindigkeit Vc (in m/min) zu messen.

Die Ergebnisse sind in der Fig. 3 dargestellt.

Man stellt fest, daß jenseits von 240 m/min die Platte (d) gemäß der Erfindung eine merklich geringere Kraterbildungstiefe (insbesondere unter Berücksichtigung des logarithmisch dargestellten Maßstabs) als die anderen Platten aufweist, die bei großer Geschwindigkeit in folgender Reihenfolge liegen:

(b), (c), (a) im Sinn wachsenden Verschleißes.

Man kann ebenfalls feststellen, daß die Platte (a) am Ende von 3 min 30,$bei einer Schneidgeschwindigkeit von 350 m/min mit einer Kraterbildungstiefe von 210 /um bricht und daß die Platte (c) bei der gleichen Geschwindigkeit nach 4 min j50Sbei einer Kraterbildungstiefe von 260 /ihm bricht.

Da die Einstufung der drei Platten (a), (b), (c) in den beiden Versuchsreihen völlig umgekehrt ist, kann man auf die klare Überlegenheit der Platte gemäß der Erfindung · hinsichtlich ihrer gesamten Schneideigenschaften schließen.

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Le e rs e

it

Claims

Patentansprüche

1. Schneidwerkzeug, insbesondere abnehmbare Schneidplatte, das aus einem Substrat aus Hartlegierung mit gewichtsmäßig HO bis 95 % Wolframkarbid, einem Prozentsatz ρ von 3 bis 50 fo eines oder mehrerer Karbidejyon Metallen der Gruppen IV und V des Periodensystems und 2 bis 15 % eines Bindern-e-iaü» der Gruppe Pe-Ni-Co und aus einem wenigstens eine Schicht aufweisenden Überzug besteht, dessen am Substrat haftende Schicht aus Titankarbonitrid der allgemeinen Formel Ti C N besteht, in der 0,8 ■£ χ + y ^ 1 ist, dadurch gekennzeichnet, daß χ derart bestimmt wird, daß sich in einem Diagramm (Fig. 1) mit Koordinaten ρ und χ der maßgebende Punkt M (p, x) im Inneren eines Vierecks ABCD befindet,dessen Ecken als Koordinaten haben

A ρ = 3 %

B ρ = 10

C ρ = 50

D ρ = 23

χ = 0,9

x = 0,3

χ = 0,3

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer einzigen Schicht aus Titankarbonitrid einer Dicke von 2 bis 15 yum, vorzugsweise 5 bis 12 yum besteht,

503-(BR 1985) -TF

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3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß der Überzug über der Titankarbonitridschicht eine zweite Schicht aus Titannitrid aufweist.

4. Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Titankarbonitridschicht eine Dicke von 2 bis 10 /Um, vorzugsweise 4 bis 8 /um, und die Titannitridschicht eine Dicke von 1 bis 8 /Um, vorzugsweise 2 bis 8 /um^ aufweisen.

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