DE69726445T2

DE69726445T2 - Schneidwerkzeug einsatz

Info

Publication number: DE69726445T2
Application number: DE69726445T
Authority: DE
Inventors: P. George GRAB
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2017-07-19
Also published as: ES2135364T1; US5955186A; ATE255171T1; CN1233295A; ES2135364T3; KR100326638B1; DE932705T1; AU4042697A; JP2000514371A; WO1998016664A1; CA2266382A1; KR20000049076A; CN1073168C; EP0932705B1; CA2266382C; BR9711914A; EP0932705A1; JP3448304B2; AU711761B2; DE69726445D1

Description

Hintergrund
Die Erfindung betrifft einen beschichteten Sinterhartmetall-Schneideinsatz, der ein Substrat mit einer Porosität (gemäß der ASTM Bezeichnung B 276-86 mit dem Titel "Standard Test Method for Apparent Porosity in Cemented Carbides") hat, die größer als C00 und geringer als oder gleich C02 ist, wobei es eine Zone ungeschichteter, d. h. im allgemeinen homogener Binderanreicherung gibt, die nahe einer Umfangsfläche des Substrates beginnt und sich von dieser nach innen erstreckt.
Bisher gab es den beschichteten Schneideinsatz Kennametal KC850^® (KC850 ist eine eingetragene Marke von Kennametal Inc., Latrobe, Pennsylvania 15650, USA, für Schneideinsätze), der ein Substrat der Porosität C03/C05 und eine Zone mit oberflächlicher Binderanreicherung hat. Diese Binderanreicherung ist eine geschichtete Binderanreicherung, was bedeutet, daß sich die Binderanreicherung in getrennten Bindermetall-Schichten formiert. Der Artikel von Nemeth et al. "The Microstructural Features and Cutting Performance of the High Edge Strength Kennametal Grade KC850", in Proceedings of the Tenth Plansee Seminar, Reutte, Tirol, Österreich, Metallwerke Plansee A. G. (1981), Seiten 613–627, beschreibt das beschichtete Schneidwerkzeug (oder den Einsatz) "Kennametal KC850^®". Der beschichtete Schneideinsatz "Kennametal KC850^®" hat, gemäß dem US-Patent 4 035 541 von Smith et al. mit dem Titel "Sintered Cemented Carbide Body Coated with Three Layers", einen dreiphasigen Überzug aus TiC-TiCN-TiN.
Zusammenfassung
Die in Anspruch 1 gelehrte Erfindung ist ein Schneideinsatz, der eine Spanfläche und eine Freifläche umfaßt, wobei am Zusammentreffen der Spanfläche und der Freifläche eine Schneidkante vorhanden ist. Der Schneideinsatz weist einen Überzug und ein Substrat auf, wobei der Überzug dauerhaft mit dem Sub strat verbunden ist. Das Substrat ist ein Sinterhartmetall auf der Basis von Wolframcarbid, das eine Massenzusammensetzung von zwischen 3 bis 12 Gew.-% Kobalt, bis zu 12 Gew.-% Tantal, bis zu 6 Gew.-% Niob, bis zu 10 Gew.-% Titan aufweist und zum Rest Wolfram und Kohlenstoff umfaßt. Eine Zone ungeschichteter Kobaltanreicherung beginnt nahe einer Umfangsfläche des Substrates und erstreckt sich von dieser nach innen. Die Zone ungeschichteter Anreicherung hat A-Porosität. Das Restsubstrat hat eine Porosität, die größer als C00 und geringer als oder gleich C02 ist, wobei die Porosität gemäß der ASTM Bezeichnung B 276-86 definiert ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Das Folgende ist eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen, die einen Teil dieses Patents bilden:
1 ist eine isometrische Ansicht einer bestimmten Ausführungsform eines Schneideinsatzes vom Typ SPGN 432;
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 2-2 des in 1 gezeigten Schneideinsatzes;
3 ist eine isometrische Ansicht einer bestimmten Ausführungsform eines Schneideinsatzes vom Typ SNG 433; und
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 4-4 des in 3 gezeigten Schneideinsatzes.
Ausführliche Beschreibung
In den Zeichnungsfiguren zeigt 1 eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Wendeschneideinsatz, der im allgemeinen mit 10 bezeichnet ist. Der Schneideinsatz 10 hat Schneidkanten 12 am Zusammentreffen der Spanfläche 14 mit den Freiflächen 16. Obwohl der in 1 gezeigte Schneideinsatz 10 ein SPGN 432-Einsatz mit einer gehonten Schneidkante ist, kann die vorliegende Erfindung auch andere Ausführungen von Schneideinsätzen, mit oder ohne gehonten Schneidkanten, umfassen.
2 zeigt einen Querschnitt an der Schneidkante 12 des Schneideinsatzes 10 entlang der Schnittlinie 2-2 von 1. Das im allgemeinen mit 18 bezeichnete Substrat hat eine nicht mit Binder angereicherte Zone 20, d. h., eine Zone, die den Hauptanteil (oder Hauptregion) des Substrates umfaßt, und eine äußere (oder periphere), mit Binder angereicherte Zone 22 nahe der Randgrenzen 24 und 26 des Substrates. Die äußere, mit Binder angereicherte Zone 22 zeigt eine ungeschichtete Binderanreicherung. Mit anderen Worten, die mit Binder angereicherte Zone 22 ist im allgemeinen homogener Natur. Darin liegt der Unterschied zu einer Zone mit geschichteter Binderanreicherung, in welcher sich der Binder in aufeinanderliegenden Schichten ausbildet, so wie in dem Artikel von Kobori et al., mit dem Titel "Binder Enriched Layer Formed Near the Surface of Cemented Carbide", Powder and Powder Metallurgy, Bd. 34, Nr. 3, Seiten 129–133 (April 1987) erörtert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat 18 ein Sinterhartmetallsubstrat auf der Basis von Wolframcarbid, das wenigstens 70 Gew.-% Wolframcarbid und besonders bevorzugt wenigstens 80 Gew.-% Wolframcarbid enthält. Der Binder ist vorzugsweise Kobalt oder eine Kobaltlegierung, und hat vorzugsweise eine Massenkonzentration von 3 bis 12 Gew.-%. Der besonders bevorzugte Kobaltmassengehalt beträgt zwischen etwa 5 bis etwa 8 Gew.-%. Noch bevorzugter liegt der Kobaltmassengehalt zwischen 5,6 bis etwa 7,5 Gew.-%. Weitere bevorzugte Zusammensetzungen sind in den Ansprüchen 2 und 6 angegeben.
Das Substrat 18 enthält auch Elemente wie Titan, Hafnium, Zirkon, Niob, Tantal und Vanadium, die Carbide und/oder Carbonitride in fester Lösung bilden, wobei diese Elemente vorzugsweise aus Titan, Niob und Tantal, entweder allein oder in Kombination miteinander oder mit Wolfram, ausgewählt sind. Diese Elemente können zu der Mischung vorzugsweise als Carbide, Nitride und/oder Carbonitride, besonders bevorzugt als ein Nitrid, und am meisten bevorzugt als Tantal-(Niob)-Carbid und Titannitrid, hinzugefügt werden. Vorzugsweise liegt die Konzentration dieser Elemente innerhalb der folgenden Bereiche: bis zu 12 Gew.-% Tantal, bis zu 10 Gew.-% Titan und bis zu 4 Gew.-% Niob. Besonders bevorzugt beträgt die Summe des Tantalgehaltes und des Niobgehaltes zwischen etwa 3 und etwa 7 Gew.-%, und der Titangehalt liegt zwischen etwa 0,5 und etwa 5 Gew.-%. Am meisten bevorzugt beträgt die Summe des Tantalgehaltes und des Niobgehaltes zwischen etwa 5,0 und etwa 5,9 Gew.-%, und der Titangehalt liegt zwischen etwa 1,7 und etwa 2,3 Gew.-%.
In der Hauptregion 20 des Substrates 18, bilden diese Elemente (d. h. Titan, Hafnium, Zirkon, Niob, Tantal und Vanadium) zumindest in einem gewissen Ausmaß, und vorzugsweise größtenteils, Carbide und/oder Carbonitride in fester Lösung mit dem Wolframcarbid im Substrat. In der angereicherten Zone 22 sind die in fester Lösung vorliegenden Carbide und/oder Carbonitride ganz oder teilweise aufgebracht, so daß der Hauptanteil der Zusammensetzung der mit Binder angereicherten Zone 22 Wolframcarbid und Kobalt umfaßt.
In der mit Binder angereicherten Zone 22 sollte der Bindergehalt (z. B. Kobalt) einen Maximalwert von zwischen 125 und 300% erreichen. Ein besonders bevorzugter Bereich der Binderanreicherung liegt zwischen 150 und 300% des Bindergehaltes im Hauptanteil. Der am meisten bevorzugte Bereich der Binderanreicherung liegt zwischen 200 und 300% der Kobaltkonzentration im Restsubstrat.
Die binderangereicherte Zone 22 erstreckt sich vorzugsweise bis zu den Umfangsflächen 24 und 26 des Substrates. Ersatzweise kann diesen Randgrenzen (24, 26) eine dünne Schicht benachbart sein, in welcher der Kobaltgehalt durch Verdampfen während der Substratsinterung vermindert wurde, so daß die Zone der Binderanreicherung 22 (z. B. Kobalt) sich bis nahe der Umfangsfläche (24, 26) des Substrates 18 erstreckt. Die Dicke der binderangereicherten Zone beträgt vorzugsweise bis zu etwa 50 Mikrometer (μm).
Auf den Randgrenzen 24 und 26 des Substrates 18 ist ein mit der Klammer 29 bezeichneter Hartüberzug gebunden, der vorzugsweise eine oder mehrere Schichten aufweist, die durch chemisches Aufdampfen (CVD) oder einer Kombination von CVD und physikalischen Aufdampfen (PVD) aufgetragen wurden. MTCVD-Verfahren (CVD-Verfahren bei mittlerer Temperatur) können zum Aufbringen einer Schicht, z. B. einer Titancarbonitridschicht, verwendet werden. Diese Schichten können eine Grundschicht 30, eine Zwischenschicht 32 und eine Außenschicht 34 umfassen. Obwohl in 2 die Schichten mit unterschiedlichen Dicken dargestellt sind, sollte klar sein, daß dies nur Veranschaulichungszwecken dient. Die Dicke jeder Schicht (30, 32, 34) hängt von der spezifischen Anwendung für den Schneideinsatz ab.
Die Grundschicht 30 ist direkt auf die Oberfläche (24, 26) des Substrates 18 aufgebracht. Die Dicke der Grundschicht 30 variiert vorzugsweise zwischen etwa 3 Mikrometer (μm) und etwa 6 μm. Obwohl die Zusammensetzung der Grundschicht variieren kann, können bevorzugte Zusammensetzungen zum Beispiel Titancarbid, Titancarbonitrid und Titannitrid enthalten. Die Zwischenschicht 32 ist direkt auf die Oberfläche der Grundschicht 30 aufgetragen. Die Dicke der Zwischenschicht 32 variiert zwischen etwa 2 μm und etwa 5 μm. Obwohl die Zusammensetzung der Zwischenschichten) variieren kann, können bevorzugte Zusammensetzungen Titancarbonitrid, Titannitrid, Titancarbid, Aluminiumoxid, Titanaluminiumnitrid und deren Kombinationen enthalten. Die Außenschicht 34 ist direkt auf die Oberfläche der Zwischenschicht 32 aufgetragen. Die Dicke der Außenschicht 34 variiert zwischen etwa 1,5 μm und etwa 4 μm. Obwohl die Zusammensetzung der Außenschicht variieren kann, können bevorzugte Zusammensetzungen Titannitrid, Titancarbonitrid, Titanaluminiumnitrid und Aluminiumoxid enthalten.
Die vorhergehende Beschreibung nennt zwar geeignete Kandidaten für die Überzugsschichten; für die bevorzugte Beschichtungsanordnung werden aber eine Grundbeschichtung aus Titancarbid, eine Zwischenbeschichtung aus Titancarbonitrid und eine äußere Beschichtung aus Titannitrid verwendet.
Das US-Patent 4 035 541 von Smith et al. offenbart einen Dreischichtenüberzug, der auf den in 2 gezeigten Schneideinsatz aufgetragen werden kann. Außerdem kann die Beschichtungsanordnung durch eine Kombination aus CVD und PVD aufgetragen werden, wie beispielsweise mit den Verfahren, die im US-Patent 5 250 367 von Santhanam et al. für einen „ mit Binder angereicherten CVD- und PVD-überzogenen Schneideinsatz" und im US-Patent 5 266 388 von Santhanam et al. für einen „mit Binder angereicherten überzogenen Schneideinsatz" beschrieben sind. Die Patente US 4 035 541 von Smith et al., US 5 250 367 von Santhanam et al. und US 5 266 388 von Santhanam et al. werden hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen.
Bei einem für Fräsanwendungen verwendeten Schneideinsatz ist es vorteilhaft, wie in 2 gezeigt ist, wenn die mit Binder angereicherte Zone 22 unter den Randgrenzen vorhanden ist, die parallel zu der Spanfläche 14 und den Freiflächen 16 des Schneideinsatzes 10 liegen. In anderen Anwendungen, wie zum Beispiel beim Drehen, wird erwägt, daß die angereicherte Zone nur unter der Spanfläche vorhanden ist, wobei die Anreicherungszone von den anderen Flächen (z. B. durch Abschleifen) entfernt ist. In dieser Hinsicht zeigt der in den 3 und 4 dargestellte Schneideinsatz 40 der Ausführung SNG 433, eine Mikrostruktur, in der die angereicherte Zone nur unter den Spanflächen vorhanden ist.
Der in den 3 und 4 gezeigte Schneideinsatz 40 hat vier Freiflächen 42, die sich mit einer Spanfläche 44 und einer der Spanfläche 44 gegenüberliegenden anderen Spanfläche (nicht gezeigt) unter Bildung von acht Schneidkanten 48 schneiden. Der Schneideinsatz 40 hat ein im allgemeinen mit 49 bezeichnetes Substrat mit einer Randgrenze 52 an der Spanfläche und einer Randgrenze 54 an der Freifläche. Das Substrat 49 hat einen Hauptanteil 50, der den Großteil des Substrates 49 umfaßt, und eine mit Binder angereicherte Schicht 56 nahe der Randgrenze 52 an der Spanfläche. Die Binderanreicherung fehlt im Hauptanteil 49, der das Volumen nahe der Umfangsgrenze 54 mit einschließt.
Das Substrat 49 für den Schneideinsatz 40 hat im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie das für den Schneideinsatz 10. Die Binderanreicherungsgrade sind für den Schneideinsatz 40 ebenfalls im wesentlichen dieselben wie für den Schneideinsatz 10. Auch die grundlegende Beschichtungsanordnung (bezeichnet mit der Klammer 59) ist für den Schneideinsatz 40 im wesentlichen dieselbe wie für den Schneideinsatz 10. In dieser Hinsicht hat der Schneideinsatz 40 eine Grundüberzugsschicht 60, eine Zwischenüberzugsschicht 62 und eine äußere Überzugsschicht 64.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin durch das folgende Beispiel beschrieben, das ausschließlich dem Zweck der Beschreibung dienen soll und nicht dazu gedacht ist, den Umfang der Erfindung einzuschränken. Erfindungsbeispiel Nr. 1 ist dargestellt in Verbindung mit den Vergleichsbeispielen Nr. 1 bis 3.
Die für die Erfindungs- und die Vergleichsbeispiele verwendeten Substratpulver enthielten etwa 5,8 Gew.-% Kobalt, etwa 5,2 Gew.-% Tantal, etwa 2,0 Gew.-% Titan und zum Rest Wolfram und Kohlenstoff. Das Titan wurde in Form von Titannitrid hinzugefügt. Das Tantal wurde in Form von Tantalcarbid zugefügt. Das Wolfram wurde als Wolframcarbid zugegeben, und Wolfram und der Kohlenstoff wurden in Form von Wolframmetall und Ruß hinzugefügt. Die Mischungen wurden mit verschiedenen Mengen an Kohlenstoff beschickt, wie in nachfolgender Tabelle 1 angegeben.
Tabelle I Kohlenstoffanteil in den Beispielen
Der Mischungsansatz von 5 Kilogramm (kg) für jedes Beispiel wurde in einen 22,86 cm (9 Zoll)-Mahlbecher mit einem Innendurchmesser von 19,05 cm (7,5 Zoll), zusammen mit 21 kg Zykloidkörpern aus Hartmetall mit einem Durchmesser von 9,52 mm (3/8 Zoll) und Heptan bis zum Rand des Gefäßes, gegeben. Die Mischung wurde 40 Stunden lang mit 52 Umdrehungen pro Minute (rpm) bei Raumtemperatur rotiert. Die Aufschlämmung aus jedem Ansatz wurde getrocknet, Paraffin als flüchtiger Binder hinzugefügt und die Pulver zur Erzeugung eines angemessenen Fließverhaltens granuliert. Die granulierten Pulver wurden zu SNG 433-Schneideinsatzrohlingen verpreßt und bei 1456°C (2650°F) 30 Minuten lang im Vakuum gesintert. Diese Schneideinsatzsubstrate ließ man im Ofen auskühlen.
Die Spanflächen wurden dann geschliffen und die Schneideinsatzrohlinge wurden bei 1456°C (2650°F) etwa 60 Minuten lang im Vakuum wieder erhitzt, gefolgt von einer kontrollierten Abkühlung von 56°C (100°F) pro Stunde, bis zum Erreichen von 1149°C (2100°F). Die nachfolgende Tabelle II zeigt die Eigenschaften der erhaltenen Substrate nach Wiedererwärmen.
Tabelle II Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften von Vergleichsbeispielen und Beispielen der vorliegenden Erfindung
Die Schneideinsatzrohlinge wurden dann am Rand geschliffen und gehont, so daß im erhaltenen Substrat eine Kobaltanreicherung an den Spanflächen vorlag und die Freiflächen keine Kobaltanreicherung hatten. Der Schneideinsatzrohling wurde dann mit einem Dreiphasenüberzug gemäß US-Patent Nr. 4 035 541 überzogen. Die Grundschicht war Titancarbid, aufgetragen durch CVD bis auf eine Dicke von 4,5 Mikrometer (μm). Die Zwischenschicht war Titancarbonitrid, aufgetragen durch CVD bis auf eine Dicke von 3,5 μm. Die oberste Schicht war Titannitrid, aufgetragen durch CVD bis auf eine Dicke von 3,0 μm.
Die Dreheigenschaften für die Vergleichsbeispiele und das Erfindungsbeispiel wurden gemäß dem folgenden Prüfverfahren ermittelt:
Werkstückmaterial: AISI 4340 Stahl (300 BHN)
Drehbedingungen

450 Fuß pro Minute (sfm) (137,2 Meter pro Minute) oder 550 sfm (167,8 Meter pro Minute), Vorschub von 0,020 Zoll pro Umdrehung (ipr) (0,0508 Zentimeter pro Umdrehung) und 0,1 Zoll (0,254 Zentimeter) Schnittiefe (doc).
Kühlmittel: TrimSol Regular (20%)
Einsatzform SNG-433 mit durch Honen bearbeiteter Kante, Honradius 0,003 Zoll (0,0076 Zentimeter).

Kriterien für die Lebensdauer des Einsatzes

Maximaler Flankenabrieb = 0,030 Zoll (0,076 Zentimeter)
Gleichmäßiger Flankenabrieb = 0,015 Zoll (0,038 Zentimeter)
Abspanen = 0,030 Zoll (0,076 Zentimeter)
Kolkbildung (Tiefe) = 0,004 Zoll (0,010 Zentimeter)
Schneideneckenverschleiß = 0,030 Zoll (0,076 Zentimeter)
Schnittkerbentiefe = 0,030 Zoll (0,076 Zentimeter)

Die Dreheigenschaften der Vergleichsbeispiele und des Erfindungsbeispiels wurden auch gemäß dem folgenden Verfahren ermittelt:
Werkstückmaterial: AISI 1045 Stahl (210 BHN)
Drehbedingungen

750 sfm (228,8 Meter pro Minute)
0,020 ipr (0,0508 Zentimeter pro Umdrehung)
0,1 Zoll (0,254 Zentimeter) Schnittiefe (doc)
Kühlmittel: TrimSol Regular (20%)
Einsatzform: SNG-433 mit durch Honen bearbeiteter Kante, Honradius 0,003 Zoll (0,0076 Zentimeter).

Kriterien für die Lebensdauer des Einsatzes:

Die Schlagzähigkeit der Vergleichsbeispiele und des Erfindungsbeispieles wurden gemäß dem folgenden Kerbstab-Drehversuch (41L50 Stahl) ermittelt:
Geschwindigkeit: 350 sfm (106,8 Meter pro Minute)
Schnittiefe = 0,1 Zoll (0,254 Zentimeter)
Vorschub = der Anfangsvorschub betrug 0,015 Zoll pro Umdrehung (0,038 Zentimeter pro Umdrehung), wobei der Vorschub alle 100 Schläge um 0,005 Zoll pro Umdrehung (0,0127 Zentimeter pro Umdrehung) erhöht wurde, bis das Prüfverfahren 800 Schläge erreichte, was einem Vorschub von 0,050 Zoll pro Umdrehung (0,127 Zentimeter pro Umdrehung) entsprach, oder bis zum Bruch, je nach dem, was zuerst auftrat.
In der nachfolgenden Tabelle III sind die Testergebnisse der Prüfung der Vergleichsbeispiele Nr. 1 bis 4 und des Erfindungsbeispiels Nr. 1 angegeben.
Tabelle III Einsatzlebensdauer- und Kantenfestigkeits-Testergebnisse für die Vergleichsbeispiele Nr. 1 bis 3 und das Erfindungsbeispiel Nr. 1
Die Porositätsbewertung für die Tabelle III wurde gemäß der ASTM Bezeichnung B 276-86 mit dem Titel "Standard Test Method for Apparent Porosity in Cemented Carbides" durchgeführt. Die Tiefe der Binderanreicherung wurde durch optische Untersuchungen des Probenquerschnitts mittels eines Metallographen mit einer 1500fachen Vergrößerung bestimmt.
Die Kantenfestigkeit stellt die Anzahl der Schläge bis zum Bruch dar, oder der Test wurde mit 800 Schlägen durch den vorher beschriebenen Kerbstabtest abgeschlossen.
Die Daten von Tabelle III zeigen sehr deutlich, daß das Erfindungsbeispiel Nr. 1 ausgezeichnete Kerbstabkantenfestigkeit (800 Schläge) aufweist. Es zeigt auch eine ausgezeichnete Werkzeuglebensdauer beim Drehen von 1045er und 4340er Stählen. Die Gesamtzerspanungseigenschaften des Erfindungsbeispiels Nr. 1 sind denen der in allen anderen gezeigten Beispielen (d. h. den Vergleichsbeispielen Nr. 1 bis 3 und dem überzogenen Schneideinsatz "Kennametal KC850^®") überlegen.
Insbesondere ist die Kantenfestigkeit des Erfindungsbeispiels Nr. 1 gleichwertig mit der Kantenfestigkeit der Vergleichsbeispiele Nr. 2 und 3 mit höherem Kohlenstoffanteil, und besser als die Kantenfestigkeit des Vergleichsbeispiels Nr. 1 mit geringerem Kohlenstoffanteil. Erfindungsbeispiel 1 hat auch eine Kantenfestigkeit, die mit der des überzogenen Schneideinsatzes "Kennametal KC850^®" mit höherem Kohlenstoffanteil gleichwertig ist.
Zusammen mit der ausgezeichneten Kantenfestigkeit zeigt das Erfindungsbeispiel Nr. 1 im Vergleich zu den anderen Beispielen mit höherem Kohlenstoffanteil eine höhere Werkzeuglebensdauer in bezug auf 1045er Stahl. Erfindungsbeispiel Nr. 1 hatte eine Werkzeuglebensdauer von 13,1 Minuten, verglichen mit 10,7 Minuten für das Vergleichsbeispiel Nr. 2, 5,6 Minuten für das Vergleichsbeispiel Nr. 3 und 5,3 Minuten für den überzogenen Schneideinsatz "Kennametal KC850^®". Die Werkzeuglebensdauer in bezug auf 4340er Stahl des Erfindungsbeispiels Nr. 1 ist auch gegenüber der Lebensdauer der anderen Beispiele mit Kantenfestigkeit (800 Schläge) und höherem Kohlenstoffanteil (z. B. Vergleichsbeispiele Nr. 2 und 3 und der überzogene Schneideinsatz "Kennametal KC850^®") überlegen. Obwohl die Werkzeuglebensdauer für die 4340er und 1045er Stähle gegenüber dem Vergleichsbeispiel Nr. 1 mit niedrigerem Kohlenstoffanteil nur gleichwertig oder geringfügig niedriger war, hat das Erfindungsbeispiel Nr. 1 eine bessere Kantenfestigkeit, da es 800 Schläge gegenüber 635 Schlägen für das Vergleichsbeispiel Nr. 1 aushielt.
Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung einen Schneideinsatz mit verbesserten Eigenschaften gegenüber den Vergleichsbeispielen Nr. 1 bis 3 sowie dem überzogenen Schneideinsatz "Kennametal KC850^®" zeigt. Diese verbesserten Eigenschaften zeigen sich insbesondere in Verbindung mit der Schlagfestigkeit und der Verschleißfestigkeit, was vorangehend anhand des unterbrochenen und ununterbrochenen Drehens von Stahl gezeigt wurde.

Claims

Schneideinsatz mit: einer Spanfläche und einer Freifläche, einer Schneidkante am Zusammentreffen der Spanfläche und der Freifläche; wobei der Schneideinsatz einen Überzug und ein Substrat aufweist, wobei der Überzug dauerhaft mit dem Substrat verbunden ist; wobei das Substrat ein Sinterhartmetall auf der Basis von Wolframcarbid ist, das eine Massenzusammensetzung von zwischen 3 bis 12 Gew.-% Kobalt, bis zu 12 Gew.-% Tantal, bis zu 6 Gew.-% Niob, bis zu 10 Gew.-% Titan aufweist und zum Rest Wolfram, Stickstoff und Kohlenstoff umfaßt; wobei die Kobaltbinderkonzentration in einer Zone ungeschichteter Kobaltanreicherung angereichert ist, die nahe einer Umfangsfläche des Substrats beginnt und sich von dieser nach innen erstreckt, wobei die angereicherte Zone eine maximale Kobaltbinderkonzentration von zwischen 125 und 300% des Kobaltbinders im Restsubstrat hat; und wobei das Restsubstrat eine Porosität hat, die größer als C00 und geringer als oder gleich C02 ist, wobei die Porosität gemäß der ASTM Designation B 276-86 definiert ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, bei dem das Substrat eine Massenzusammensetzung hat, die zwischen 5,6 und 7,5 Gew.-% Kobaltbinder, zwischen 5,0 und 5,5 Gew.-% Tantal, zwischen 1,7 und 2,3 Gew.-% Titan, bis zu 0,4 Gew.-% Niob und zum Rest Wolfram und Kohlenstoff und Stickstoff umfaßt.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, bei dem die angereicherte Zone einen maximalen Kobaltbindergehalt von zwischen 150 und 300% des Kobaltbinders im Restsubstrat hat.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, bei dem die angereicherte Zone einen maximalen Kobaltbindergehalt von zwischen 200 und 300% des Kobaltbinders im Restsubstrat hat.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, bei dem sich die Zone der ungeschichteten Kobaltbinderanreicherung bis zu einer Tiefe von zwischen 40 Mikrometer und 50 Mikrometer von der Umfangsfläche aus erstreckt.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, bei dem das Substrat eine Massenzusammensetzung von 5,8 Gew.-% Kobaltbinder, 5,2 Gew.-% Tantal, 2,0 Gew.-% Titan aufweist und zum Rest Wolfram und Kohlenstoff umfaßt.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, bei dem das Substrat durch das Sintern einer verfestigten Masse von Ausgangspulvern gebildet ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 7, bei dem die Ausgangspulver Titannitrid umfassen.
Schneideinsatz nach Anspruch 7, bei dem die Ausgangspulver Tantalcarbid umfassen.
Schneideinsatz nach Anspruch 7, bei dem die Ausgangspulver Niobcarbid umfassen.
Schneideinsatz nach Anspruch 7, bei dem die Ausgangspulver Wolframcarbid umfassen.
Schneideinsatz nach Anspruch 7, bei dem die Ausgangspulver Kohlenstoff umfassen.