DE60011653T2 - COATED CARBIDE INSERT - Google Patents

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Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt Schneidwerkczeugeinsätze aus beschichtetem Hartmetall für das Drehen von nicht rostenden Stählen, insbesondere bei Anwendungen mit hohen Anforderungen an das Zähigkeitsverhalten. Dies kann für das Drehen von nicht rostenden Stählen mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Mikrostruktur, wie etwa austenitischen, ferritischen, ferritaustenitischen, superaustenitischen und ausscheidungsgehärteten nicht rostenden Stählen aber auch für das Drehen nicht rostfreier Stähle, wie etwa weichen Stählen und schwach- und mittellegierten Stählen, sein.The present invention describes Schneidwerkczeugeinsätze made of coated carbide for the Turning stainless steels, especially in applications with high demands on toughness behavior. This can be for turning stainless steels with different Composition and microstructure, such as austenitic, ferritic, not ferrite-austenitic, super-austenitic and precipitation hardened rusting steels but also for turning non-stainless steels, such as soft steels and low and medium alloy steels.

Es ist bekannt, daß bei Schneidwerkzeugen aus Hartmetall, die bei der Bearbeitung von Stählen verwendet werden, die Schneidkante durch verschiedene Verschleißmechanismen, wie etwa den chemischen und den Abriebverschleiß verschlissen wird, aber außer für Schneiddaten, wie etwa die Schneidgeschwindigkeit, die Schneidtiefe, die Schneidvorschubgeschwindigkeit erfordern auch externe Schneidbedingungen, wie etwa die Verwendung von Kühlmittel, verrutschte Werkstükke, Gußhaut auf dem Werkstück etc. eine Reihe unterschiedlicher Eigenschaften der Schneidkante. Die Werkzeugkante kann zum Beispiel unter einer schweren intermittierenden Schneidbelastung brechen, was zu sogenanntem Kantenabplatzen führt. Das Abplatzen beruht auf einem Mangel an Kantenzähigkeit. Darüber hinaus gibt es beim Drehen eines nicht rostenden Stahls noch einen anderen Verschleißmechanismus, der Anhaftverschleiß genannt wird, welcher durch die Haftkraft zwischen dem nicht rostendem Stahlspan und der Schneidkante verursacht wird. Wenn die Haftkraft groß genug wird, tritt das Kantenabplatzen an der Schneidkante auf und somit wird die Standzeit verkürzt. Auch bei Verwendung eines Schneidwerkzeugs aus Hartmetall für das Drehen eines Teils aus nicht rostendem Stahl ist, wenn man die Schneidgeschwindigkeit in einer Klasse nicht rostenden Stahls erhöht, die in der Schneidkante entwickelte Wärmeenergie beträchtlich und die gesamte Werkzeugkante kann sich plastisch verformen. Diese Art von Verschleißmechanismus ist als plastischer Verformungsverschleiß bekannt und steht in klarem Konflikt mit der erforderlichen Kantenzähigkeit. Ein anderes Erfordernis des mit Hartmetall beschichteten Einsatzes ist daher, daß die Wahl der Carbid-Zusammensetzung und des Schichtmaterials zu einer Schneidkante führt, die eine Widerstandskraft gegen plastisches Verformen hat.It is known that in cutting tools Made of hard metal, which are used in the machining of steels, the Cutting edge through various wear mechanisms, such as the chemical and abrasion wear, but except for cutting data, such as the cutting speed, the cutting depth, the cutting feed speed also require external cutting conditions, such as use of coolant, slipped workpieces, casting skin on the workpiece etc. a number of different properties of the cutting edge. For example, the tool edge may be under a heavy intermittent Break the cutting load, which leads to so-called edge chipping. The Flaking is due to a lack of edge toughness. Furthermore there is another when turning a stainless steel Wear mechanism, called the adhesive wear which is due to the adhesive force between the stainless steel chip and the cutting edge is caused. If the adhesive force is big enough edge chipping occurs at the cutting edge and thus the service life is shortened. Also when using a carbide cutting tool for turning of a part made of stainless steel is when you consider the cutting speed in a class of stainless steel that increases in the cutting edge developed thermal energy considerably and the entire tool edge can deform plastically. This Kind of wear mechanism is known as plastic deformation wear and is clear Conflict with the required toughness. Another requirement The carbide-coated insert is therefore the choice the carbide composition and the layer material to form a cutting edge leads, which has a resistance to plastic deformation.

Am Markt verfügbare Hartmetallwerkzeuge, die für die Bearbeitung von nicht rostenden Stählen geeignet sind, sind üblicherweise in Bezug auf einige der oben genannten erforderlichen Werkzeugeigenschaften hin optimiert, d. h. eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanischen, chemischen, abreibenden, anhaftenden, thermischen und plastischen Verformungsverschleiß eines zähen Hartmetallsubstrates, das mit einer verschleißfesten und festhaftend verbundenen Beschichtung beschichtet ist, z. B. Hartmetallwerkzeugen, die für das Drehen nicht rostender Stähle, wie etwa aus der SE 9602413-8 (WO-A-9720032) bekannt, und für das Fräsen nicht rostenden Stahls, wie etwa aus der SE 9901149-6 (EP-A-1038989) bekannt, geeignet sind. Eine mehrschichtige Beschich tung des Typs TixAl1–xN oder TiN-T1–xAlxN ist bereits, wie in der EP-A-701982 oder in der WO-A-9848072 beschrieben, bekannt.Tungsten carbide tools available on the market that are suitable for machining stainless steels are usually optimized with regard to some of the required tool properties mentioned above, ie a high resistance to mechanical, chemical, abrasive, adhesive, thermal and plastic deformation wear of a tough hard metal substrate , which is coated with a wear-resistant and firmly bonded coating, for. B. Carbide tools, which are known for turning stainless steels, such as from SE 9602413-8 (WO-A-9720032), and for milling stainless steel, such as from SE 9901149-6 (EP-A- 1038989) are known to be suitable. A multilayer coating of the type Ti x Al 1-x N or TiN-T 1-x Al x N is already known, as described in EP-A-701982 or in WO-A-9848072.

Es hat sich nun herausgestellt, daß eine hervorragende Schneidleistung beim Drehen nicht rostender Stähle mit hohen Zähigkeitsanforderungen und gleichzeitiger hoher Widerstandsfähigkeit gegen plastisches Verformen insbesondere unter intermittierenden Schneidbedingungen erreicht werden kann durch die Kombination eines beschichteten Hartmetallkörpers mit einem Substrat auf WC-Basis mit geringen Beimengungen kubischer Carbide, W-legiertem Co-Bindemittel und mit einem speziellen Korngrößenbereich der WC-Körner, einem speziellen Zusammensetzungsbereich aus WC + Co und einer Beschichtung einschließlich einer innersten, sehr dünnen Schicht aus TiN, einer zweiten Schicht aus TiAlN mit einer periodischen Veränderung des Ti/Al-Verhältnisses entlang der Normalen zu der Substrat-/Beschichtungsgrenzfläche, und einer äußersten Schicht aus TiN.It has now been found to be excellent Cutting performance when turning stainless steels with high toughness requirements and at the same time high resistance to plastic deformation achieved especially under intermittent cutting conditions can be achieved by combining a coated hard metal body with a toilet-based substrate with low cubic additions Carbide, W-alloyed co-binder and with a special grain size range the toilet grains, one special composition area of WC + Co and a coating including an innermost, very thin one Layer of TiN, a second layer of TiAlN with a periodic Change of Ti / Al ratio along the normal to the substrate / coating interface, and an outermost layer made of TiN.

Die Kobalt-Bindephase ist mit W legiert. Der Gehalt an W in der Bindephase kann als das CW-Verhältnis = Ms/(Gew.-% Co × 0,0161) ausgedrückt werden, worin Ms die gemessene Sättigungsmagnetisierung des Hartmetallsubstrates in kA/m ist und Gew.-% der Gewichtsprozentsatz von Co in dem Hartmetall ist. Der CW-Wert ist eine Funktion des W-Gehalts in der Co-Bindephase. Ein hoher CW-Wert entspricht einem niedrigen W-Gehalt in der Bindephase. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Schneidleistung erreicht, wenn das Hartmetallsubstrat ein CW-Verhältnis von 0,77–0,95, bevorzugt 0,82–0,92 hat.The cobalt binding phase is alloyed with W. The W content in the binder phase can be expressed as the CW ratio = M s /(We.-% Co × 0.0161), where M s is the measured saturation magnetization of the hard metal substrate in kA / m and wt Weight percentage of Co in the carbide. The CW value is a function of the W content in the co-binding phase. A high CW value corresponds to a low W content in the binding phase. According to the present invention, improved cutting performance is achieved when the hard metal substrate has a CW ratio of 0.77-0.95, preferably 0.82-0.92.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, definiert in Anspruch 1, wird ein Drehwerkzeugeinsatz, der besonders nützlich für das schwierige Drehen von nicht rostendem Stahl, mit einem Hartmetallsubstrat mit einer Zusammensetzung aus 9–12 Gew.-% Ca, bevorzugt 10–11 Gew.-% Co, 0,2–2,0 Gew.-% kubischer Carbide, bevorzugt 1,2–1,8 Gew.-% kubischer Carbide der Metalle Ta, Nb und Ti, Rest WC, bereitgestellt. Das Hartmetall kann auch andere Carbide von Elementen aus der Gruppe IVa, Va oder VIa des Periodensystems enthalten. Der Gehalt an Ta liegt vorzugsweise über 0,8 Gew.-%. Die bevorzugte mittlere Korngröße des WC bei der bevorzugten Zusammensetzung von 10–11 Gew.-% liegt bei 1,5–2 μm, am meisten bevorzugt zwischen 1,6 und 1,8 μm. Das Hartmetall kann kleine Mengen, < 1 Vol.%, η-Phase (M6C), ohne eine schädliche Auswirkung enthalten. Aus dem CW-Wert folgt, daß kein freies Graphit erlaubt ist.According to the present invention, defined in claim 1, a turning tool insert, which is particularly useful for the difficult turning of stainless steel, with a hard metal substrate having a composition of 9-12% by weight Ca, preferably 10-11% by weight Co, 0.2-2.0% by weight of cubic carbides, preferably 1.2-1.8% by weight of cubic carbides of the metals Ta, Nb and Ti, balance WC. The hard metal can also contain other carbides of elements from group IVa, Va or VIa of the periodic table. The Ta content is preferably above 0.8% by weight. The preferred mean grain size of the WC with the preferred composition of 10-11% by weight is 1.5-2 μm, most preferably between 1.6 and 1.8 μm. The hard metal can contain small amounts, <1 vol.%, Η phase (M 6 C) without any harmful effects. It follows from the CW value that free graphite is not allowed.

Die harte und verschleißbeständige, hitzebeständige Beschichtung auf dem oben beschriebenen Hartmetallsubstrat umfaßt gemäß der vorliegenden Erfindung
eine erste (innerste) dünne 0,1–0,5 μm dicke Schicht von TiN,
eine zweite Schicht mit einer mehrschichtigen Struktur aus Unterschichten mit der Zusammensetzung (TixAl1–x)N, worin x wiederholt zwischen den beiden Bereichen 0,45 < x < 0,55 und 0,70 < x < 0,80 variiert. Die erste Unterschicht aus (TixAl1–x)N in der Nachbarschaft zu der TiN-Bindungsschicht hat einen x-Wert im Bereich von 0,45 < x < 0,55, die zweite Unterschicht aus (TixAl1–x)N hat einen x-Wert im Bereich von 0,70 < x < 0,80 und die dritte Unterschicht hat x im Bereich von 0,45 < x < 0,55 usw., was wiederholt wird, bis 8–30 Unterschichten, bevorzugt 22–24 Unterschichten, gebildet sind. Die Dicke dieser zweiten Schicht mit einer mehrschichtigen Struktur macht 75–95% der gesamten Beschichtungsdicke aus. Die einzelnen Unterschichten aus (TixAl1–x)N ha ben im wesentlichen die gleiche Dicke, ihre Dicke kann aber in regulärer oder irregulärer Weise variieren und die Unterschichtdicke liegt in dem Bereich von jeweils 0,05–0,2 μm,
eine dritte dünne, wenigstens 0,2, bevorzugt 0,4–0,8 μm dicke Schicht aus (TixAl1–x)N mit einem x-Wert in dem Bereich von 0,45 < x < 0,55,
eine vierte äußerste dünne Schicht aus einer 0,1–0,2 dicken Schicht aus TiN.The hard and wear-resistant, heat-resistant coating on the hard described above metal substrate comprises according to the present invention
a first (innermost) thin 0.1-0.5 μm thick layer of TiN,
a second layer with a multilayer structure of sub-layers with the composition (Ti x Al 1-x ) N, where x repeatedly varies between the two ranges 0.45 <x <0.55 and 0.70 <x <0.80. The first sub - layer made of (Ti x Al 1-x ) N in the vicinity of the TiN binding layer has an x value in the range from 0.45 <x <0.55, the second sub-layer made of (Ti x Al 1-x ) N has an x value in the range of 0.70 <x <0.80 and the third sub-layer has x in the range of 0.45 <x <0.55 etc., which is repeated until 8-30 sub-layers, preferably 22-24 sublayers are formed. The thickness of this second layer with a multi-layer structure makes up 75-95% of the total coating thickness. The individual sub-layers of (Ti x Al 1-x ) N have essentially the same thickness, but their thickness can vary in a regular or irregular manner and the sub-layer thickness is in the range of 0.05-0.2 μm in each case,
a third thin, at least 0.2, preferably 0.4-0.8 μm thick layer of (Ti x Al 1-x ) N with an x value in the range from 0.45 <x <0.55,
a fourth outermost thin layer of a 0.1-0.2 thick layer of TiN.

Die gesamte Dicke der auf dem Hartmetallsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung abgelagerten Beschichtung kann in dem Bereich von 2–9 μm, bevorzugt 3,5–7 μm variieren. Die oben angeführte Schichtdicke, die Unterschichtdicke und die Beschichtungsdicke beziehen sich auf Messungen, die nahe an der Schneidkante vorgenommen wurden, d. h. dem funktionellen Teil des Schneidwerkzeugs.The total thickness of the on the hard metal substrate according to the present Invention deposited coating can be in the range 2-9 μm, preferred Vary 3.5–7 μm. The above Layer thickness, the sub-layer thickness and the coating thickness referring to measurements taken close to the cutting edge d. H. the functional part of the cutting tool.

Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß Anspruch 9 auch ein Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten beschichteten Werkzeugeinsatzes, das einen Hartmetallkörper auf WC-Co-Basis, der eine Menge von weniger als 2,0 Gew.-% kubischer Carbide einschließt, und eine Zusammensetzung aus WC/Co in dem Bereich von 9–12 Gew.-%, bevorzugt 10–11 Gew.-% und am meisten bevorzugt 10,2–10,8 Gew.-% und eine Menge an kubischen Carbiden in dem Bereich von 0,2– 2,0 Gew.-% umfaßt und der Rest von WC gebildet wird. Die mittlere Korngröße liegt in dem Bereich von 1,5–2,0 μm, bevorzugt 1,6–1,8 μm.The present invention relates to according to claim 9 also shows a process for producing the above-mentioned coated Tool insert, which is a hard metal body based on WC-Co, the one Includes less than 2.0% by weight of cubic carbides, and a composition of WC / Co in the range of 9-12% by weight, preferably 10-11 % By weight and most preferably 10.2-10.8% by weight and an amount of cubic carbides in the range of 0.2-2.0% by weight and the Rest of toilet is formed. The average grain size is in the range of 1.5-2.0 µm, preferred 1.6-1.8 µm.

Die harte und verschleißbeständige, hitzebeständige Beschichtung wird auf dem Hartmetallsubstrat abgeschieden, indem man herkömmliche PVD- (Physikalische Abscheidung aus der Dampfphase) Verfahren anwendet, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung die Beschichtung
eine erste (innerste) dünne 0,1–0,5 μm dicke Bindungsschicht aus TiN,
eine zweite Schicht mit einer mehrschichtigen Struktur aus Unterschichten mit der Zusammensetzung (TixAl1–x)N, worin x wiederholt zwischen den beiden Bereichen 0,45 < x <0,55 und 0,70 < x < 0,80 variiert. Die erste Unterschicht aus (TixAl1–x)N in der Nachbarschaft zu der TiN-Bindungsschicht hat einen x-Wert im Bereich von 0,45 < x < 0,55, die zweite Unterschicht aus (TixAl1–x)N hat einen x-Wert im Bereich von 0,70 < x < 0,80, und die dritte Unterschicht hat x im Bereich von 0,45 < x < 0,55 usw., was wiederholt wird, bis 8–30 Unterschichten, bevorzugt 22–24 Unterschichten, gebildet sind. Die Dicke dieser zweiten Schicht mit einer mehrschichtigen Struktur macht 75–95% der gesamten Beschichtungsdicke aus. Die einzelnen Unterschichten aus (TixAl1–x)N haben im wesentlichen die gleiche Dicke, ihre Dicke kann aber in regulärer oder irregulärer Weise variieren und die Unterschichtdicke liegt in dem Bereich von jeweils 0,05–0,2 μm,
eine dritte dünne, wenigstens 0,2, bevorzugt 0,4–0,8 μm dicke Schicht aus (TixAl1–x)N mit einem x-Wert in dem Bereich von 0,45 < x < 0,55, und
eine vierte äußerste dünne Schicht aus einer 0,1–0,2 dicken Schicht aus TiN umfaßt.The hard and wear-resistant, heat-resistant coating is deposited on the hard metal substrate using conventional PVD (Physical Vapor Deposition) methods, according to the present invention the coating
a first (innermost) thin 0.1-0.5 μm thick bonding layer made of TiN,
a second layer with a multilayer structure of sub-layers with the composition (Ti x Al 1-x ) N, where x repeatedly varies between the two ranges 0.45 <x <0.55 and 0.70 <x <0.80. The first sub - layer made of (Ti x Al 1-x ) N in the vicinity of the TiN binding layer has an x value in the range from 0.45 <x <0.55, the second sub-layer made of (Ti x Al 1-x ) N has an x value in the range of 0.70 <x <0.80, and the third sublayer has x in the range of 0.45 <x <0.55, etc., which is repeated up to 8-30 sublayers , preferably 22-24 sublayers. The thickness of this second layer with a multi-layer structure makes up 75-95% of the total coating thickness. The individual sub-layers made of (Ti x Al 1-x ) N have essentially the same thickness, but their thickness can vary in a regular or irregular manner and the sub-layer thickness is in the range of 0.05-0.2 μm in each case,
a third thin, at least 0.2, preferably 0.4-0.8 μm thick layer of (Ti x Al 1-x ) N with an x value in the range from 0.45 <x <0.55, and
comprises a fourth outermost thin layer of a 0.1-0.2 thick layer of TiN.

Beispiel 1:Example 1:

  • A. Erfindungsgemäße Dreheinsätze aus Hartmetall mit der Zusammensetzung 10,5 Gew.-% Co, 1,16 Gew.-% Ta, 0,28 Gew.-% Nb und Rest WC und mit einer mittleren Korngröße von 1,7 μm, mit einer W-legierten Bindephase entsprechend einem CW-Verhältnis von 0,90, wurden mit einer Gesamtbeschichtungsdicke von 4,5 μm durch Anwendung herkömmlichen PVC- Kathodenbogen-Verfahrens beschichtet. Die Beschichtung umfaßte eine erste (innerste) 0,2 μm dicke Schicht aus TiN, gefolgt von einer 3,7 μm dicken zweiten Schicht mit 23 abwechselnden Unterschichten aus (TixAl1–x)N, worin x alternativ zwischen 0,5 und 0,75 variiert wird, und eine dritte 0,4 μm dicke Schicht aus (TixAl1–x)N, worin x = 0,5 und schließlich einer äußersten 0,2 μm dicken Schicht aus TiN.A. Rotary inserts according to the invention made of hard metal with the composition 10.5% by weight of Co, 1.16% by weight of Ta, 0.28% by weight of Nb and the rest of the WC and with an average grain size of 1.7 μm, with a W-alloyed binding phase corresponding to a CW ratio of 0.90 was coated with a total coating thickness of 4.5 μm by using conventional PVC cathode-arc processes. The coating comprised a first (innermost) 0.2 μm thick layer of TiN, followed by a 3.7 μm thick second layer with 23 alternating sublayers of (Ti x Al 1-x ) N, where x alternatively between 0.5 and 0.75 is varied, and a third 0.4 μm thick layer of (Ti x Al 1-x ) N, where x = 0.5 and finally an outermost 0.2 μm thick layer of TiN.
  • B. Ein am Markt verfügbarer Dreheinsatz aus Hartmetall mit der Zusammensetzung 8,0 Gew.-% Co, und dem durch WC gebildeten Rest, mit einer mittleren Korngröße von 3,0 μm, mit einer mit W-niedriglegierten Bindephase entsprechend einem CW-Verhältnis von 0,90, wurde mit einer 2,8 μm dicken herkömmlichen CVD-Beschichtung gemäß der Reihenfolge TiN/TiCN/TiCN/TiN beschichtet. Die Unterschichten hatten ungefähr die gleiche Dicke.B. One available on the market Turning insert made of hard metal with the composition 8.0% by weight of Co, and the rest formed by WC, with an average grain size of 3.0 μm, with a with W-low alloy binder phase corresponding to a CW ratio of 0.90, was with a 2.8 μm thick conventional CVD coating according to the order TiN / TiCN / TiCN / TiN coated. The lower classes were about the same Thickness.

Arbeitsweise:Operation: Alternierendes axiales und Stirndrehen einer Stange mit einem Durchmesser von 80 mmalternating axial and face turning of a bar with a diameter of 80 mm Werkstückmaterial:Workpiece material: Austenitischer nicht rostender Stahl (AISI316L)austenitic stainless steel (AISI316L) Schneidgeschwindigkeit:Cutting speed: 160 m/min160 m / min Vorschub:feed: 0,4 mm/rev0.4 mm / rev Schneidtiefe:Depth of cut: 2 mm2 mm Einsatztype:Insert type: CNMG120408-MMCNMG120408-MM Ergebnisse:Results: Werkzeugstandzeit (Kreisläufe)Tool life (Cycles) Einsätze A (Erfindung):Inserts A (invention): 55 Einsätze B (Stand der Technik):Inserts B (Stand of the technique): 22

Kommentar: Der Hauptverschleißmechanismus war plastische Verformung der Schneidkantenlinie, was zu Flanken-Verschleiß führt. Das Kriterium für die Standzeit war > 0,3 mm.Comment: The main wear mechanism was plastic deformation of the cutting edge line, which leads to flank wear. The Criterion for the service life was> 0.3 mm.

Beispiel 2:Example 2:

Einsätze aus A und B wurden beim Drehen getestet. Arbeitsweise: Stirnfräsen einer 130 mm dicken Stange mit zwei flachen Seiten Werkstückmaterial: Austenitischer nicht rostender Stahl (SS2343) Schneidgeschwindigkeit: 190 m/min Vorschub: 0,3 mm/rev Schneidtiefe: 2 mm Einsatztype: CNMG120408-MM Ergebnisse: Werkzeugstandzeit (Kreisläufe) Einsätze A (Erfindung): 14 Einsätze B (Stand der Technik): 6 Inserts from A and B were tested while turning. Operation: Face milling a 130 mm thick bar with two flat sides Workpiece material: Austenitic stainless steel (SS2343) Cutting speed: 190 m / min feed: 0.3 mm / rev Depth of cut: 2 mm Insert type: CNMG120408-MM Results: Tool life (cycles) Inserts A (invention): 14 Inserts B (state of the art): 6

Kommentar: Der Leistungsbegriff war eine schlechte Schneidaktion. Der Einsatz B weist mehr Abplatzungen entlang der Schneidkante auf, verursacht durch stärkere Anhaftung an den Spänen während der Arbeitsweise.Comment: The concept of performance was a bad cutting action. Insert B shows more flaking along the cutting edge, caused by greater adhesion on the chips while the way of working.

Beispiel 3:Example 3:

Einsätze aus A und B wurden beim Drehen getestet. Arbeitsweise: Äußeres Drehen eines Rings mit einer Dicke von 18 mm Werkstückmaterial: Austenitischer nicht rostender Stahl (AISI316L) Schneidgeschwindigkeit: 140 m/min Vorschub: 0,35 mm/rev Schneidtiefe. 4 mm Einsatztype: CNMG190616-MR Ergebnisse: Werkzeugstandzeit (Kreisläufe) Einsätze A (Erfindung): 40 Einsätze B (Stand der Technik): 29 Inserts from A and B were tested while turning. Operation: External turning of a ring with a thickness of 18 mm Workpiece material: Austenitic stainless steel (AISI316L) Cutting speed: 140 m / min feed: 0.35 mm / rev Cutting depth. 4 mm Insert type: CNMG190616-MR Results: Tool life (cycles) Inserts A (invention): 40 Inserts B (state of the art): 29

Kommentar: Das Kriterium der Werkzeugstandzeit war ein Abplatzen an dem Werkstück, das durch Kantenabspanen aufgrund eines Mangels an Kantenzähigkeit verursacht wurde.Comment: The criterion of tool life was chipping on the workpiece, due to edge removal due to a lack of edge toughness was caused.

Beispiel 4:Example 4:

Einsätze aus A und B wurden beim Drehen getestet. Arbeitsweise: Längsdrehen mit unterbrochenen Schnitten Werkstückmaterial: Stahl (SS1312) Schneidgeschwindigkeit: 80 m/min Vorschub: 0,4 mm/rev Schneidtiefe: 2 mm Einsatztype: CNMG120408-MM Ergebnisse: Werkzeugstandzeit (Kreisläufe) Einsätze A (Erfindung): 10 Einsätze B (Stand der Technik): 5 Inserts from A and B were tested while turning. Operation: Longitudinal turning with interrupted cuts Workpiece material: Steel (SS1312) Cutting speed: 80 m / min feed: 0.4 mm / rev Depth of cut: 2 mm Insert type: CNMG120408-MM Results: Tool life (cycles) Inserts A (invention): 10 Inserts B (state of the art): 5

Kommentar: Das Kriterium der Werkzeugstandzeit war ein Kantenbruch. Einsatz A durchlief einen vollen Kreislauf. Da der Unterschied sehr groß ist, kann man Einsatz A als den mit einem besseren Zähigkeitsverhalten betrachten.Comment: The criterion of tool life was a broken edge. Insert A went through a full cycle. Since the difference is huge, you can use insert A as the one with better toughness behavior.

Beispiel 5:Example 5:

Einsätze aus A und B wurden beim Drehen getestet. Arbeitsweise: Alternierendes Stirnfräsen und Drehen einer Stange mit einem Durchmesser von 70 mm Werkstückmaterial: Ferritaustenitischer Stahl (SAF2205) Schneidgeschwindigkeit: 100 m/min Vorschub: 0,3 mm/rev Schneidtiefe: 2 mm Einsatztype: CNMG120408-MM Ergebnisse: Werkzeugstandzeit (Kreisläufe) Einsätze A (Erfindung): 11 Einsätze B (Stand der Technik): 4 Inserts from A and B were tested while turning. Operation: Alternating face milling and turning a bar with a diameter of 70 mm Workpiece material: Ferrite austenitic steel (SAF2205) Cutting speed: 100 m / min feed: 0.3 mm / rev Depth of cut: 2 mm Insert type: CNMG120408-MM Results: Tool life (cycles) Inserts A (invention): 11 Inserts B (state of the art): 4

Kommentar: Das Kriterium der Werkzeugstandzeit war eine schlechte Schneidaktion aufgrund Kantenabbröckelns, was sich aufgrund des Mangels an Kantenzähigkeit ergibt.Comment: The criterion of tool life was a bad cutting action due to edge crumbling, which results from the lack of edge toughness.

Beispiel 6:Example 6:

Einsätze aus A und B wurden beim Drehen getestet. Arbeitsweise: Äußeres Drehen einer Stange Werkstückmaterial: Stahl (SS2541) Schneidgeschwindigkeit: 110 m/min Vorschub: 0,6 mm/rev Schneidtiefe: 2 mm Einsatztype: CNMG120408-MM Ergebnisse: Kantenvertiefung (mm) Einsätze A (Erfindung): 0,035 Einsätze B (Stand der Technik): 0,035 Inserts from A and B were tested while turning. Operation: External turning of a rod Workpiece material: Steel (SS2541) Cutting speed: 110 m / min feed: 0.6 mm / rev Depth of cut: 2 mm Insert type: CNMG120408-MM Results: Edge depression (mm) Inserts A (invention): 0,035 Inserts B (state of the art): 0,035

Kommentar: Das Kriterium der Werkzeugstandzeit war eine vorgegebene Schneidzeit (0,5 min). Die Vertiefung wurde durch den Mangel an Widerstandsfähigkeit gegen plastische Verformung verursacht.Comment: The criterion of tool life was a given cutting time (0.5 min). The deepening was due to the lack of resilience against plastic deformation.

Claims (9)

Beschichtetes Hartmetallschneidwerkzeug (Wendeschneidplatte) für nasse oder trockene Bearbeitung (besonders für Anwendungen) mit der Notwendigkeit hoher Zähigkeit, von rostfreien Stählen unterschiedlicher Zusammensetzung und Mikrostruktur und von niedrig und mittelmäßig legierten nichtrostfreien Stählen mit einem Hartmetallkörper auf WC-Co-Basis und mit einer auf diesem Körper abgeschiedenen harten und verschleißfesten Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartmetallkörper eine Zusammensetzung von 9–12 Gew.-% Co in Form von W-legiertem Bindemittel, 0,2–2,0 Gew.-% kubischen Carbiden von Elementen aus der Gruppe IVa, Va oder VIa des Periodensystems und Rest WC, wobei eine mittlere Korngröße des WC 1,5–2 μm ist, und weiterhin mit einer W-legierten Bindephase mit einem CW-Verhältnis im Bereich von 0,77 bis 0,95, wobei CW-Verhältnis = Ms/(Gew.-% Co × 0,0161), worin Ms die gemessene Sättigungsmagnetisierung des Hartmetallsubstrats in kA/μ bedeutet, und daß die Beschichtung eine erste (innerste) dünne Schicht von TiN, eine zweite Schicht, die eine mehrschichtige Struktur von jeweils 0,05–0,2 μm dicken Unterschichten der Zusammensetzung (TixAl1–x)N, worin x häufig zwischen den beiden Bereichen 0,45 < x < 0,55 und 0,70 < x < 0,80 variiert, die erste Unterschicht von (TixAl1–x)N in Nachbarschaft zu der TiN-Bindungsschicht einen x-Wert im Bereich von 0,45 < x < 0,55 hat, die zweite Unterschicht von (TixAl1–x)N einen x-Wert im Bereich von 0,70 < x < 0,80 hat und die dritte Unterschicht x im Bereich von 0,45 < x < 0,55 hat usw., bis 8–30 Unterschichten aufgebaut sind, eine dritte wenigstens 0,2 μm dicke Schicht von (TixAl1–x)N, worin x sich im Bereich 0,45 < x < 0,55 befindet, und eine vierte (äußerste) dünne Schicht von TiN umfaßt, was die Gesamtbeschichtungsdikke im Bereich von 2–9 μm variieren läßt und wo die Dicke der zweiten Schicht 75–95% der gesamten Beschichtungsdicke ausmacht.Coated carbide cutting tool (indexable insert) for wet or dry machining (especially for applications) with the need for high toughness, of stainless steels of different composition and microstructure and of low and medium alloyed stainless steels with a carbide body based on WC-Co and with one on it Body-deposited hard and wear-resistant coating, characterized in that the hard metal body has a composition of 9-12% by weight of Co in the form of a W-alloyed binder, 0.2-2.0% by weight of cubic carbides from elements from the group IVa, Va or VIa of the periodic table and remainder WC, where an average grain size of the WC is 1.5-2 μm, and furthermore with a W-alloyed binding phase with a CW ratio in the range from 0.77 to 0.95, whereby CW ratio = M s /(We.-% Co × 0.0161), where M s is the measured saturation magnetization of the hard metal substrate in kA / μ, and that the coating has a first (innermost) thin layer of TiN, a second layer which has a multilayer structure of 0.05-0.2 μm thick sublayers of the composition (Ti x Al 1- x ) N, where x often varies between the two ranges 0.45 <x <0.55 and 0.70 <x <0.80, the first sublayer of (Ti x Al 1-x ) N in proximity to the TiN Binding layer has an x value in the range of 0.45 <x <0.55, the second sublayer of (Ti x Al 1-x ) N has an x value in the range of 0.70 <x <0.80 and the third sub-layer x has in the range of 0.45 <x <0.55 etc., until 8-30 sub-layers are built up, a third layer of (Ti x Al 1-x ) N at least 0.2 μm thick, wherein x is in the range 0.45 <x <0.55 and comprises a fourth (outermost) thin layer of TiN, which allows the total coating thickness to vary in the range 2-9 μm and where the thickness of the second layer is 75-95% the ge makes up the entire coating thickness. Schneidwerkzeugeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Co-Gehalt innerhalb von 10–11 Gew.-% liegt.Cutting tool insert according to claim 1, characterized in that that the Co content within 10-11 % By weight. Schneidwerkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 1,2–1,8 Gew.-% kubische Carbide der Metalle Ta, Nb und Ti enthält.Cutting tool insert according to one of claims 1 to 2, characterized in that he 1.2-1.8% by weight contains cubic carbides of the metals Ta, Nb and Ti. Schneidwerkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Ta vorzugsweise über 0,8 Gew.-% liegt.Cutting tool insert according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Ta content preferably above 0.8% by weight. Schneidwerkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das CW-Verhältnis 0,82–0,92 beträgt.Cutting tool insert according to one of claims 1 to 4, characterized in that the CW-ratio 0.82-0.92 is. Schneidwerkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine erste (innerste) dünne 0,1–0,5 μm dicke Schicht von TiN umfaßt, eine zweite Hauptschicht eine mehrschichtige Struktur von 22–24 Unterschichten mit der Zusammensetzung (TixAl1–x)N hat, worin x wiederholt zwischen den beiden Bereichen 0,45 < x < 0,55 und 0,70 < x < 0,80 variiert, eine dritte dünne vorzugsweise 0,4–0,8 μm dicke Schicht von (TixAl1–x)N einen x-Wert im Bereich von 0,45 < x < 0,55 hat und eine vierte äußerste dünne 0,1–0,2 μm dicke Schicht von TiN umfaßt.Cutting tool insert according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coating comprises a first (innermost) thin 0.1-0.5 μm thick layer of TiN, a second main layer a multi-layer structure of 22-24 sub-layers with the composition ( Ti x Al 1-x ) N, where x repeatedly varies between the two ranges 0.45 <x <0.55 and 0.70 <x <0.80, preferably has a third thin 0.4-0.8 μm thick layer of (Ti x Al 1-x ) N has an x value in the range of 0.45 <x <0.55 and comprises a fourth outermost thin 0.1-0.2 μm thick layer of TiN. Schneidwerkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Gesamtdicke von 3,5–7 μm hat.Cutting tool insert according to one of claims 1-6, characterized characterized that the Coating has a total thickness of 3.5–7 μm. Schneidwerkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere WC-Korngröße zwischen 1,6 und 1,8 μm liegt.Cutting tool insert according to one of claims 1-7, characterized characterized that the average toilet grain size between 1.6 and 1.8 μm lies. Verfahren zur Herstellung eines Schneideinsatzes mit einem Hartmetallsubstrat mit hitzebeständiger Beschichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Pulvergemisch bildet, das WC, Co und kubische Carbide enthält, diese Pulver mit Preßmittel und gegebenenfalls W-Metall derart vermischt, daß das erwünschte CW-Verhältnis erhalten wird, das Gemisch zu einem Pulvermaterial mit den erwünschten Eigenschaften zermahlt und sprühtrocknet, das Pulvermaterial bei einer Temperatur von 1300–1500°C in einer kontrollierten Atmosphäre von etwa 50 mbar preßt und sintert und anschließend kühlt, herkömmliche Nachsinterungsbehandlungen einschließlich Kantenabrundungen anwendet und durch PVD-Technik eine harte, verschleißbeständige Beschichtung aufbringt, die eine erste (innerste) dünne Schicht von TiN, eine zweite Schicht, die eine mehrschichtige Struktur von jeweils 0,05–0,2 μm dicken Unterschichten der Zusammensetzung (TixAl1–x)N, worin x häufig zwischen den beiden Bereichen 0,45 < x < 0,55 und 0,70 < x < 0,80 variiert, die erste Unterschicht von (TixAl1–x)N in Nachbarschaft zu der TiN-Bindungsschicht einen x-Wert im Bereich von 0,45 < x < 0,55 hat, die zweite Unterschicht von (TixAl1–x)N einen x-Wert im Bereich von 0,70 < x < 0,80 hat und die dritte Unterschicht x im Bereich von 0,45 < x < 0,55 hat usw., bis 8–30 Unterschichten aufgebaut sind, eine dritte wenigstens 0,2 μm dicke Schicht von (TixAl1–x)N, worin x sich im Bereich 0,45 < x < 0,55 befindet, und eine vierte (äußerste) dünne Schicht von TiN umfaßt, was die Gesamtbeschichtungsdikke im Bereich von 2–9 μm variieren läßt und wo die Dicke der zweiten Schicht 75–95% der gesamten Beschichtungsdicke ausmacht.Process for producing a cutting insert with a hard metal substrate with a heat-resistant coating according to one of the above claims, characterized in that a powder mixture is formed which contains WC, Co and cubic carbides, these powders are mixed with pressing agent and optionally W metal in such a way that the desired CW ratio is obtained, the mixture is ground to a powder material with the desired properties and spray-dried, the powder material is pressed and sintered at a temperature of 1300-1500 ° C. in a controlled atmosphere of about 50 mbar and then cooled, conventional post-sintering treatments including edge rounding are used and by means of PVD technology applies a hard, wear-resistant coating which has a first (innermost) thin layer of TiN, a second layer which has a multilayer structure of 0.05-0.2 μm thick sublayers of the composition (Ti x Al 1 –X ) N, where x häu fig varies between the two areas 0.45 <x <0.55 and 0.70 <x <0.80, the first sublayer of (Ti x Al 1-x ) N in the vicinity of the TiN bond layer has an x value in the range of 0.45 <x <0.55, the second sublayer of (Ti x Al 1-x ) N has an x value in the range of 0.70 <x <0.80 and the third sublayer x im Has a range of 0.45 <x <0.55 etc., until 8-30 sub-layers are built up, a third layer of (Ti x Al 1-x ) N at least 0.2 μm thick, where x is in the range 0, 45 <x <0.55, and includes a fourth (outermost) thin layer of TiN, which allows the total coating thickness to vary in the range of 2-9 microns and where the thickness of the second layer is 75-95% of the total coating thickness.
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