DE69010293T2

DE69010293T2 - Mit Keramik überzogenes Sinterkarbidwerkzeug mit hoher Bruchbeständigkeit.

Info

Publication number: DE69010293T2
Application number: DE69010293T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Hashimura; Hiroto Imamura; Sakae Katayama; Tetsuo C O Neyagawa Sawashima
Original assignee: Toho Kinzoku Co Ltd; Nippon Hardmetal Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Toho Kinzoku Co Ltd; Nippon Hardmetal Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-09-04
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2010-09-01
Also published as: EP0416824B2; DE69010293D1; DE69010293T3; EP0416824A2; EP0416824A3; US5123934A; EP0416824B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug für die diskontinuierliche drehende Anwendung.
Als Material für Schneidwerkzeuge wird gewöhnlich Sintercarbid verwendet, das aus einer keramischen Phase (wie einem Carbid oder einem Carbonitrid) und einer metallischen Phase (wie Cobalt und Nickel) zusammengesetzt ist. Wenn ein Stahlteil mit einem Sintercarbidwerkzeug geschnitten wird, haftet die metallische Phase am Stahlteil, so daß das Sintercarbidwerkzeug dem Verschleiß unterliegt.
Aus diesem Grund werden herkömmlicherweise kristalline oder amorphe Keramiken, die nicht leicht an Stahl haften können, durch chemische Dampfphasenabscheidung (CVD) oder physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD) auf Sintercarbidwerkzeuge aufgebracht. Bei der Herstellung eines solchen Keramiküberzugs wird Sorge dafür getragen, die Entstehung interner Fehlstellen wie Hohlräume und Risse soweit wie möglich zu verhindern. Das durch ein CVD-Verfahren beschichtete Werkzeug ist in der Strapazierfähigkeit überlegen, aber in der Bruchfestigkeit einem durch ein PVD-Verfahren hergestelltem Werkzeug unterlegen. Der Grund dafür ist folgender:
Die Verarbeitungstemperatur beim CVD-Verfahren ist so hoch, daß Diffusion zwischen der Überzugsschicht und dem Trägermaterial auftritt, was ausreichende Haftung ergibt. Deshalb ist die Strapazierfähigkeit des in einem CVD-Verfahren überzogenen Sintercarbidwerkzeugs besonders exzellent. Jedoch pflanzen sich in der aufgebrachten kristallinen oder amorphen Keramik erzeugte Risse in das Trägermaterial fort, und daher stößt man auf den Nachteil, daß das in einem CVD- Verfahren überzogene Schneidwerkzeug bruchgefährdet ist. Laut eines Literaturzitats "Cemented Carbides and Sintered Hard Materials" Hisashi Suzuki, Herausgeber Maruzen Publish. Co. (Tokio), 1986, S. 218 vermindert die Abscheidung von Keramik die Bruchfestigkeit um 50%. Um die Bruchfestigkeit der Überzugsschicht zu verbessern wurde eine umfangreiche Studie gemacht im Hinblick sowohl auf die Beschichtungsbedingungen, die auf die Dicke der Überzugsschicht bezogen sind, als auch auf die Teilchengröße der Kristalle und ihre Kristallstruktur als auch auf die Wärmebehandlung nach dem Überziehen. Jedoch wurden bislang keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt. Die Bruchfestigkeit nimmt mit zunehmender Dicke der Überzugsschicht ab und aus diesem Grund liegt die Dicke der Überzugsschicht der existierenden Schneidwerkzeuge im Bereich von einigen Mikrons (um) und ungefähr 10 um. Andererseits kann die Strapazierfähigkeit proportional zur Dicke des Keramiküberzugs erhöht werden, und deshalb könnte ein Werkzeug mit noch stärkerer Überzugsschicht und daher noch besserer Strapazierfähigkeit entwickelt werden, wenn ein Verfahren zur Verbesserung der Bruchfestigkeit der Überzugsschicht gefunden wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist deshalb Gegenstand der Erfindung, ein überzogenes Sintercarbidwerkzeug zur Verfügung zu stellen, das in Hinblick auf Strapazierfähigkeit und Bruchfestigkeit noch exzellenter ist.
Gemäß der vorliegendern Erfindung wird ein Sintercarbidwerkzeug mit exzellenter Strapazierfähigkeit und Bruchfestigkeit bereitgestellt, welches ein Trägermaterial aus Sintercarbid und eine durch ein CVD-Verfahren hergestellte Keramiküberzugsschicht umfaßt, wobei
die Dicke der Überzugsschicht im Bereich zwischen 2 um und 20 um liegt, die Überzugsschicht Risse von einer solchen Tiefe aufweist, daß sich die Risse senkrecht von der Oberfläche der Überzugsschicht zum Trägermaterial hin ausdehnen,
die Risse in einem netzwerkartigen Muster erzeugt werden, um die Überzugsschicht genau zu unterteilen und die Risse folgenden Anforderungen entsprechen:
(A) der Durchschnittswert der Rißtiefe senkrecht zur Oberfläche der Überzugsschicht ist nicht kleiner als die Dicke der Überzugsschicht und nicht größer als ein Wert, der gleich der Überzugsdicke plus 5 um ist,
(B) der Durchschnittswert der Rißbreite ist nicht größer als 2 um und
(C) der Durchschnittswert der Abstände zwischen den Rissen ist nicht kleiner als 10 um und nicht größer als 100 um.
Die Keramiküberzugsschicht besteht aus mindestens einem Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die TiC, Ti(C,N), Al&sub2;O&sub3; und TiN umfaßt.
Das Trägermaterial kann aus Sintercarbid auf WC-Basis, aus Sintercarbid auf TiC-Basis oder aus Sintercarbid auf Ti(C,N)-Basis hergestellt sein.
Die Risse können in der Keramiküberzugsschicht durch gleichmäßiges Strahlen harter Partikel gegen die gesamte Oberfläche der auf dem Trägermaterial gebildeten Keramiküberzugsschicht erzeugt werden. Das Material für die harten Partikel ist nicht besonders eingeschränkt, und durch geeignete Wahl der Strahlgeschwindigkeit und des Strahlwinkels relativ zum Überzug können unterschiedliche Materialien wie Stahl und Gußeisen verwendet werden. Die Größe der harten Partikel kann, zum Beispiel, ungefähr 100 bis ungefähr 1000 um betragen.
Anstatt Strahlen mit harten Partikeln kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem ein Energiestrahl hoher Dichte auf die Oberfläche der auf dem Trägermaterial gebildeten Keramiküberzugsschicht angewendet wird, der die gesamte Oberfläche der Keramiküberzugsschicht rasterartig überstreicht, wodurch der getroffene Bereich unverzüglich aufheizt und durch die selbstkühlende Masse sofort wieder abgekühlt wird, wobei er netzwerkartige Risse im Überzug erzeugt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abb. 1 ist eine Mikrophotographie, die eine geätzte Oberfläche einer Keramiküberzugsschicht mit Rissen zeigt und
Abb. 2 ist eine Mikrophotographie, die einen Querschnitt senkrecht zur Oberfläche der Keramiküberzugsschicht, zur Schicht und zu einem Trägermaterial zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Beschichtungsbehandlung des Sintercarbidwerkzeugs wird als CVD-Verfahren durchgeführt. Eine Überzugsschicht besteht aus einer oder mehrerer Schicht(en), aus der Gruppe, die TiC, TiN, Ti(C,N) und Al&sub2;O&sub3; umfaßt. Die Untergrenze für die Dicke der Überzugsschicht sollte im Hinblick auf die Strapazierfähigkeit nicht weniger als 2 um betragen und die Obergrenze sollte im Hinblick auf die Bruchfestigkeit nicht mehr als 20 um betragen. Feine Risse sind zur Erhöhung der Bruchfestigkeit des Werkzeugs notwendig. Allgemein tritt Restspannung in der Überzugsschicht auf, wenn Keramik auf Sintercarbid aufgebracht wird, und deshalb wird die Bruchfestigkeit des überzogenen Werkzeugs verringert, so daß das Werkzeug brechen kann. Es wird angenommen, daß die feinen Risse die Bruchfestigkeit erhöhen, weil die feinen Risse die Restspannung verringern.
Die Durchschnittstiefe der Risse, senkrecht von der Oberfläche der Überzugsschicht gemessen, sollte nicht geringer als die Dicke der Überzugsschicht sein und beträgt nicht mehr als die Überzugsdicke plus 5 um. Obwohl es am meisten bevorzugt wird, daß die Enden der Risse auf der Grenzfläche zwischen der Überzugsschicht und dem Trägermaterial liegen, wird der durch die Risse erzielte Effekt nicht gegenteilig beeinflußt, wenn die Eindringtiefe der Risse in das Trägermaterial nicht mehr als 5 um beträgt. Der Grund ist, daß, wenn die Rißtiefe im Trägermaterial des Sintercarbids 5 um überschreitet, die Bruchfestigkeit des Werkzeugs abrupt herabgesetzt wird. Der Durchschnittswert der Rißbreite sollte 2 um nicht überschreiten. Der Grund ist, daß wenn die Rißbreite zunimmt, die Strapazierfähigkeit merklich herabgesetzt wird, obwohl die Bruchfestigkeit des Werkzeugs verbessert wird. Der Durchschnittswert der Abstände zwischen den Rissen sollte im Bereich zwischen 10 um und 100 um liegen. Wenn diese Untergrenze kleiner als 10 um ist, wird die Strapazierfähigkeit der Überzugsschicht herabgesetzt. Wenn diese Obergrenze 100 um überschreitet, wird die Rißdichte zu niedrig und die Bruchfestigkeit kann nicht zufriedenstellend verbessert werden.
Beispiele für Verfahren zur Bildung netzwerkartiger feiner Risse in der Überzugsschicht schließen das Strahlen mit harten Partikeln (hergestellt, zum Beispiel, aus Stahl und Gußeisen) auf die Oberfläche der Überzugsschicht, ein Verfahren zum Diamantschleifen der Überzugsschicht, um die Dicke geringfügig zu reduzieren, ein Verfahren zur Anwendung des Drucks von Ultraschallwellen und das vorstehend erwähnte Verfahren durch schnelles Erhitzen und Abkühlen, das die Strahlung eines Energiestrahls hoher Dichte verwendet, ein.
Ein geeignetes Beispiel für solche harten Partikel zum Kugelstrahlen ist wie folgt:
a) Material: Stahl
b) Härte: HRC35 bis HRC50
c) Form: kugelförmig
d) Größe (äußerer Durchmesser): 200 bis 800 um.
Beispiele für den Energiestrahl mit hoher Dichte schließen den bekannten Laserstrahl und Plasmajet ein. Wenn die Oberfläche der Überzugsschicht mit einem solchen Energiestrahl hoher Dichte rasterartig überstrichen wird, wird die Überzugsschicht örtlich schnell erhitzt und anschließend schnell durch Selbstkühlung abgekühlt. Als Ergebnis werden die feinen netzwerkartigen Risse in der Überzugsschicht gebildet.
Um die Überzugsrisse zu messen ist es notwendig, den Überzug zu ätzen. Zur Durchführung dieses Ätzens wird, zum Beispiel, das Werkzeug mit der Überzugsschicht in eine Mischung aus Salpetersäure und Flußsäure 5 Minuten lang eingetaucht und dann mit Wasser abgespült. Nach dem Ätzen, wenn die Oberfläche des Überzugs und der Werkzeugsquerschnitt mit einem Elektronenmikroskop (SEM) oder einem optischem Mikroskop untersucht werden, wurden die Rißtiefen und -breiten im Test bestätigt, indem das Werkzeug aufgeschnitten wurde und sein Querschnitt mit SEM begutachtet wurde. Risse, wie die in den Abb. 1 und 2 gezeigten, wurden gefunden. Basierend auf 10 photographischen Aufnahmen der mit Brüchen versehenen Oberfläche, jeweils aus 10 Blickwinkeln bei einer 1000fachen Vergrößerung photographiert, wurde der Durchschnittswert der Rißtiefen und der Durchschnittswert der Rißbreiten gemessen. Der Abstand der Risse wurde ebenfalls gemessen, indem die angeätzte Oberfläche des Überzugs in gleicher Weise untersucht wurde.
Das Verfahren zur Messung des Rißabstands wird folgenderweise durchgeführt.
Mindestens drei gerade Linien, jeweils ausreichend länger als der Abstand der Risses, werden in willkürliche Richtungen auf die Photographie der Überzugsoberflächen gezeichnet, und die Länge jeder geraden Linie wird durch die Anzahl der Risse, die über die gerade Linie verlaufen, und durch die Vergrößerung des Photos geteilt. Dann wird der Durchschnitt der so erhaltenen Werte in Bezug auf alle geraden Linien als durchschnittlicher Rißabstand verwendet. In diesem Fall wird die Vergrößerung des auszuwertenden Photos in Abhängigkeit von der Größe des Rißabstands der Überzugsschicht bestimmt.
Danach werden Testergebnisse in Hinblick auf Werkzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung und auf Vergleichswerkzeuge nachstehend gegeben. Die Vergleichswerkzeuge sind zwei Sorten, das heißt, eine Sorte von Werkzeugen hat eine Überzugsschicht aus einem CVD-Verfahren, hat aber keinen Riß, und die andere Werkzeugsorte hat Risse, bei denen entweder die Rißtiefe oder die Rißbreite oder der Rißabstand nicht in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Beispiel 1

Sowohl Rißdimensionen und Rißverteilungen von Testwerkzeugen als auch ihr Schneidverhalten sind in Tabelle 1 gezeigt. Das Sintercarbid für das Testwerkzeug enthielt 87,5 Gew-% Wolframcarbid (WC), 2,1 Gew-% Titancarbid (TiC), 3,4 Gew-% Tantalcarbid (TaC) und 7,0 Gew-% Cobalt (Co). Das Ausgangsmaterial wurde Mischmahlgranulierung, Sintern und Mahlen unterworfen, wobei ein Trägermaterial in Form einer quadratischen Platte mit einer Dicke von 4 mm und einer Seitenlänge von 12,7 mm erzeugt wurde. In einem CVD-Verfahren wurde auf jedes Substrat eine TiC-Schicht aufgebracht und anschließend wurde auf die TiC-Schicht eine Ti(C,N)-Schicht aufgebracht und anschließend wurde eine Al&sub2;O&sub3;-Schicht auf die Ti(C,N)-Schicht aufgebracht, wodurch die drei Schichten auf dem Trägermaterial erzeugt wurden, um dadurch das Werkzeug herzustellen (d.h., eine Wechselschneideplatte), wobei die Überzugsschicht eine Dicke von 4 bis 20 um hatte. Stahlkugeln mit einer Durchschnittsgröße von 300 um wurden mit einer Geschwindigkeit von 50 m/s mit einem Einfallswinkel von 70º bis 90º auf das so hergestellte Werkzeug gestrahlt, um Risse darin zu erzeugen. Die Dimension und die Verteilung der Risse wurden gemessen, indem das Werkzeug zerbrochen und sein Querschnitt (d.h., die Bruchfläche) mit einem Elektronenmikroskop (SEM) untersucht wurde. Basierend auf zehn photographischen Aufnahmen, die jeweils aus 10 Blickwinkeln mit einer 1000fachen Vergrößerung aufgenommen wurden, wurden die Durchschnittswerte der Rißtiefe und -breite bestimmt. Der Rißabstand war der Durchschnittswert der Abstände zwischen benachbarten Rissen und wurde aus den vorstehenden Photos auf die vorstehend erwähnte Weise gemessen.
Das Verhalten der überzogenen Werkzeuge der Erfindung und der Vergleichswerkzeuge wurde durch Schneiden bestimmt. Die Bedingungen dieser Bestimmung waren wie folgt.

1) Diskontinuierliches Schneiden

Werkstück: JIS S48C (Fünf Nuten mit einer Breite von 10 mm wurden in gleichen Abständen in einem Rundstab mit einem Durchmesser von 60 mm parallel zur Walzrichtung erzeugt).
Schneidgeschwindigkeit: 170 mm/min
Vorschub: 0,25 mm/U
Schnittiefe: 2,5 mm
Kriterium der Werkzeuglebensdauer: Bruch einer Schneidkante des Werkzeugs

2) Drehschneiden

Werkstück: JIS S48C, Rundstab mit einem Durchmesser von 60 mm
Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min
Vorschub: 0,25 mm/U
Schnittiefe: 2,5 mm
Kriterium der Werkzeuglebensdauer: Tiefe der Kehlung KT=50um.
Die Bruchfestigkeit des Werkzeugs wurde basierend auf der Anzahl der Auftreffer auf den Nuten bis zum Brechen des Werkzeugs beim diskontinuierlichen Schneiden ermittelt. Die Strapazierfähigkeit des Werkzeugs wurde basierend auf der Schneidezeit ermittelt, die benötigt wurde, bis die Tiefe der Kehlung beim Drehschneiden 50 um betrug. Tabelle 1 Dicke der Überzugsschicht (um) Durchschnittswert der Rißtiefe (um) Durchschnittswert der Rißbreite (um) Durchschnittswert der Rißabstands (um) Strapazierfähigkeit (min) Bruchfestigkeit (Zyklen) Werkzeug der vorliegenden Erfindung Vergleichswerkzeug
Wie aus den vorstehenden Testergebnissen hervorgeht, sind die Werkzeuge der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Bruchfestigkeit den Vergleichswerkzeugen hoch überlegen. Die Lebensdauer der Werkzeuge der vorliegenden Erfindung ist mehr als zehnmal länger als die der Vergleichswerkzeuge beim diskontinuierlichen Schneiden. Die Strapazierfähigkeit der Werkzeuge der vorliegenden Erfindung ist allgemein auf demselben Niveau wie die der Vergleichswerkzeuge. Als Ergebnis ist erkennbar, daß die Auswirkungen der feinen Risse sehr auffällig sind.

Beispiel 2

Sowohl Rißdimensionen und Rißverteilungen von Testwerkzeugen als auch ihr Schneidverhalten sind in Tabelle 2 gezeigt. Der Sintercarbid für das Testwerkzeug enthielt 84 Gew-% Wolframcarbid (WC), 7 Gew-% Titancarbid (TiC), 5 Gew-% Tantalcarbid (TaC) und 4 Gew-% Cobalt (Co). Das Ausgangsmaterial wurde einer Mischmahlgranulierung, Sinterung und Vermahlung unterworfen, wobei ein Trägermaterial in Form einer quadratischen Platte mit einer Dicke von 4 mm und einer Seitenlänge des quadratischen Trägermaterials von 12,7 mm erzeugt wurde. In einem CVD-Verfahren wurde eine TiC-Schicht auf jedem Trägermaterial abgeschieden und dann wurde eine Ti(C,N)-Schicht auf der TiC-Schicht abgeschieden und dann wurde eine Al&sub2;O&sub3;-Schicht auf der Ti(C,N)-Schicht abgeschieden, wodurch die drei Schichten auf dem Trägermaterial erzeugt wurden, um dadurch das Werkzeug herzustellen (d.h., eine Wendeschneidplatte). Die Dicke der Überzugsschicht auf einigen Trägermaterialien betrug 8 mm, und die Dicke der Überzugsschicht auf anderen Trägermaterialien betrug 4 mm. Stahlkugeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 200 um wurden mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 80 m/s unter einem Einstrahlwinkel von 70º bis 90º auf das so hergestellte Werkzeug gestrahlt, um Risse darin zu erzeugen. Die Dimensionen und Verteilung der Risse wurden durch Zerbrechen des Werkzeugs und Auswerten seines Querschnitts (d.h., der Bruchfläche) mit einem Elektronenmikroskop (SEM) gemessen. Basierend auf zehn photographischen Aufnahmen, die aus jeweils 10 Blickwinkeln mit einer 1000fachen Vergrößerung aufgenommen wurden, wurden der Durchschnittswert der Rißtiefe und der Durchschnittswert der Rißbreite gemessen. Der Rißabstand war der Durchschnittswert der Abstände benachbarter Risse und wurde aus den vorstehenden Photos auf die vorstehend erwähnte Weise bestimmt.
Das Verhalten der überzogenen Werkzeuge der Erfindung und der Vergleichswerkzeuge wurde durch Schneiden ermittelt. Die Bedingungen dieser Ermittlung waren die folgenden.

1) Diskontinuierliches Schneiden

Werkstück: JIS S45C (Fünf Nuten mit einer Breite von 10 mm wurden in gleichen Abständen in einem Rundstab mit einem Durchmesser von 60 mm parallel zur Walzrichtung erzeugt).
Schneidgeschwindigkeit: 150 m/min
Vorschub: 0,25 mm/U
Schnittiefe: 2,0 mm
Kriterium der Werkzeuglebensdauer: Bruch einer Schneidkante des Werkzeugs

2) Drehschneiden

Werkstück: JIS S45C; Rundstab mit einem Durchmesser von 60 mm
Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min
Vorschub: 0,25 mm/U
Schnittiefe: 2,0 mm
Kriterium der Lebensdauer des Werkzeugs: Tiefe der Kehlung KT=50 um.
Die Bruchfestigkeit des Werkzeugs wurde basierend auf der Anzahl der Auftreffer auf den Nuten vor dem Bruch des Werkzeugs beim diskontinuierlichen Schneiden bestimmt. Die Strapazierfähigkeit des Werkzeugs wurde basierend auf der Schneidezeit bestimmt, die benötigt wurde, bis die Tiefe der Kehlung beim Drehschneiden 50 um erreicht hatte. Wie aus den in Tabelle 2 gezeigten Ergebnissen klar wird, sind die Werkzeuge der vorliegenden Erfindung bezüglich der Bruchfestigkeit den Vergleichswerkzeugen hoch überlegen. Die Lebensdauer der Wekzeuge der vorliegenden Erfindung ist mehr als zehnmal länger als die der Vergleichswerkzeuge beim diskontinuierlichen Schneiden. Die Strapazierfähigkeit der Werkzeuge der vorliegenden Erfindung ist allgemein vom selben Niveau wie die der Vergleichswerkzeuge. Als Ergebnis ist erkennbar, daß die Auswirkungen der feinen Risse sehr auffällig sind. Tabelle 2 Dicke der Überzugsschicht (um) Durchschnittswert der Rißtiefe (um) Durchschnittswert der Rißbreite (um) Durchschnittswert der Rißabstands (um) Strapazierfähigkeit (min) Bruchfestigkeit (Zyklen) Werkzeug der vorliegenden Erfindung Vergleichswerkzeug

Beispiel 3

Sowohl Rißdimensionen und Rißverteilungen von Testwerkzeugen als auch ihr Schneidverhalten sind in Tabelle 3 gezeigt. Der Sintercarbid für das Testwerkzeg enthielt 47,0 Gew-% Titancarbonitrid (Ti(C,N)), 7,5 Gew-% Molybdäncarbid (Mo&sub2;C), 16,5 Gew-% Wolframcarbid, 10,0 Gew-% Tantalcarbid (TaC), 5,0 Gew-% Niobcarbid, 5,0 Gew-% Nickel und 9 Gew-% Cobalt (Co). Das Ausgangsmaterial wurde einer Mischmahlgranulierung, Sinterung und Vermahlung unterworfen, wobei ein Trägermaterial im Form einer quadratischen Platte mit einer Dicke von 4 mm und einer Seitenlänge des quadratischen Trägermaterials von 12,7 mm erzeugt wurde. In einem CVD-Verfahren wurde eine TiC-Schicht auf jedem der Trägermaterialien abgeschieden und dann wurde eine Ti(C,N)-Schicht auf der TiC-Schicht abgeschieden und dann wurde eine Al&sub2;O&sub3;-Schicht auf der Ti(C,N)-Schicht abgeschieden, wodurch die drei Schichten auf dem Trägermaterial erzeugt wurden, um dadurch das Werkzeug herzustellen (d.h., eine Wendeschneideplatte), wobei die Überzugsschicht eine Dicke von 3 bis 9 um hatte. Gußeiserne Kugeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 200 um wurden mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 80 m/s unter einem Einstrahlwinkel von 70º bis 90º auf das so hergestellte Werkzeug gestrahlt, um Risse darin zu erzeugen. Die Dimensionen und Verteilung der Risse wurden durch Zerbrechen des Werkzeugs und Auswerten seines Querschnitts (d.h., der Bruchfläche) mit einem Elektronenmikroskop (SEM) gemessen. Basierend auf zehn photographischen Aufnahmen, die aus jeweils 10 Blickwinkeln mit einer 1000fachen Vergrößerung aufgenommen wurden, wurden der Durchschnittswert der Rißtiefe und der Durchschnittswert der Rißbreite gemessen. Der Rißabstand war der Durchschnittswert der Abstände benachbarter Risse und wurde aus den vorstehenden Photos auf die vorstehend erwähnte Weise bestimmt.
Das Verhalten der überzogenen Werkzeuge der Erfindung und der Vergleichswerkzeuge wurde durch Schneiden ermittelt. Die Bedingungen dieser Ermittlung waren die folgenden.

1) Diskontinuierliches Schneiden

Werkstück: JIS S38C (Fünf Nuten mit einer Breite von 10 mm wurden in gleichen Abständen in einem Rundstab mit einem Durchmesser von 60 mm parallel zur Walzrichtung erzeugt).
Schneidgeschwindigkeit: 170 m/min
Vorschub: 0,15 mm/U
Schnittiefe: 1,0 mm
Kriterium der Werkzeuglebensdauer: Bruch einer Schneidkante des Werkzeugs

2) Drehschneiden

Werkstück: JIS S38C; Rundstab mit einem Durchmesser von 60 mm
Schneidgeschwindigkeit: 200 m/min
Vorschub: 0,15 mm/U
Schnittiefe: 1,0 mm
Kriterium der Lebensdauer des Werkzeugs: Tiefe der Kehlung KT=50 um.
Die Bruchfestigkeit des Werkzeugs wurde basierend auf der Anzahl der Auftreffer auf den Nuten vor dem Bruch des Werkzeugs beim diskontinuierlichen Schneiden bestimmt. Die Strapazierfähigkeit des Werkzeugs wurde basierend auf der Schneidezeit bestimmt, die benötigt wurde, bis die Tiefe der Kehlung beim Drehschneiden 50 um erreicht hatte. Wie aus den in Tabelle 3 gezeigten Ergebnissen klar wird, sind die Werkzeuge der vorliegenden Erfindung bezüglich der Bruchfestigkeit den Vergleichswerkzeugen hoch überlegen. Die Lebensdauer der Wekzeuge der vorliegenden Erfindung ist mehr als zehnmal länger als die der Vergleichswerkzeuge beim diskontinuierlichen Schneiden. Die Strapazierfähigkeit der Werkzeuge der vorliegenden Erfindung ist allgemein vom selben Niveau wie die der Vergleichswerkzeuge. Als Ergebnis ist erkennbar, daß die Auswirkungen der feinen Risse sehr auffällig sind. Tabelle 3 Dicke der Überzugsschicht (um) Durchschnittswert der Rißtiefe (um) Durchschnittswert der Rißbreite (um) Durchschnittswert der Rißabstands (um) Strapazierfähigkeit (min) Bruchfestigkeit (Zyklen) Werkzeug der vorliegenden Erfindung Vergleichswerkzeug

Claims

1. Sintercarbidwerkzeug mit exzellenter Strapazierfähigkeit und Bruchbeständigkeit, welches ein Trägermaterial aus Sintercarbid und eine durch ein CVD-Verfahren hergestellte Keramiküberzugsschicht umfaßt, wobei

die Dicke der Überzugsschicht im Bereich zwischen 2 um und 20 um liegt, die Überzugsschicht Risse von einer solchen Tiefe aufweist, daß sich die Risse senkrecht von der Oberfläche der Überzugsschicht zum Trägermaterial hin ausdehnen,

die Risse in einem netzwerkartigen Muster erzeugt werden, um die Überzugsschicht genau zu unterteilen und die Risse folgenden Anforderungen entsprechen:

(A) der Durchschnittswert der Rißtiefe senkrecht zur Oberfläche der Überzugsschicht ist nicht kleiner als die Dicke der Überzugsschicht und nicht größer als ein Wert, der gleich der Überzugsdicke plus 5 um ist,

(B) der Durchschnittswert der Rißbreite ist nicht größer als 2 um und

(C) der Durchschnittswert der Abstände zwischen den Rissen ist nicht kleiner als 10 um und nicht größer als 100 um

2. Sintercarbidwerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem das Trägermaterial aus Sintercarbid auf WC-Bais hergestellt ist.

3. Sintercarbidwerkzeug nach Anspruch 2, bei welchem die Dicke der Überzugsschicht im Bereich zwischen 2 um und 10 um liegt.

4. Sintercarbidwerkzeug nach Anspruch 2, bei welchem die Dicke der Überzugsschicht im Bereich zwischen 10 um und 20 um liegt.

5. Sintercarbidwerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem das Trägermaterial aus Sintercarbid auf TiC-Basis oder Sintercarbid auf Ti(C,N)-Vasis hergestellt ist.

6. Sintercarbidwerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem die Keramik, die die Überzugsschicht darstellt, aus mindestens einem Material gewählt aus der Gruppe TiC, Ti(C,N), Al&sub2;O&sub3; und TiN, hergestellt ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Sintercarbidwerkzeugs, wobei das Verfahren umfaßt:

Erzeugen einer Keramiküberzugsschicht auf einem Trägermaterial aus Sintercarbid durch ein CVD-Verfahren und Erzeugen von Rissen in dem Keramiküberzug in Form eines netzwerkartigen Muster, das die Überzugsschicht genau unterteilt und von solch einer Tiefe ist, daß sich die Risse sich im wesentlichen senkrecht von der Oberfläche der Überzugsschicht bis zum Trägermaterial erstrecken, die Risse den Anforderungen, wie in den Merkmalen (A), (B) und (C) von Anspruch 1 definiert, genügen und die Dicke der Überzugsschicht im Bereich von 2 um bis 20 um liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Risse durch Diamantschleifen der Überzugsoberflächen erzeugt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Risse durch Anwendung von Ultraschallwellen auf die Überzugsoberfläche erzeugt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Risse durch Schießen harter Partikel gegen die Oberfläche der Keramiküberzugsschicht erzeugt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Risse durch Anwendung eines Energiestrahls hoher Dichte auf die Oberfläche des Keramiküberzugs erzeugt werden.