DE69831219T2

DE69831219T2 - Werkzeug beschichtet mit sinterkarbid

Info

Publication number: DE69831219T2
Application number: DE69831219T
Authority: DE
Inventors: Hideki Itami-shi Moriguchi; Akihiko Itami-shi Ikegaya; Kazuo Itami-shi YAMAGATA
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2018-11-07
Also published as: US6187421B1; EP0965404A4; KR100587444B1; KR20000069901A; WO1999024198A1; IL130803A; IL130803A0; EP0965404B1; EP0965404A1; DE69831219D1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, insbesondere eines, welches besonders als ein mit beschichtetes Sinterkarbidschneidwerkzeug geeignet ist, welches zum Schneiden von Stählen und Gusseisen geeignet ist, und welches eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit und Bruchbeständigkeit aufweist.
Stand der Technik
Bisher wurden Sinterkarbide (WC-Co Legierungen oder WC-Co Legierungen, zu welchen Karbonnitride von Ti, Ta oder Nb zugegeben wurden) als ein Werkzeugmaterial zum Schneiden von metallischen Materialien verwendet. Die Schneidgeschwindigkeiten haben sich jedoch in letzter Zeit erhöht und eine Tendenz, Sinterkarbid-Werkzeuge zu verwenden, umfassend Sinterkarbidsubstrate beschichtet mit aufgebrachten Schichten bestehend aus Karbiden, Nitriden, Karbonnitriden, Karboxiden oder Oxide der Elemente der Gruppe IVa, Va und VIa des Periodensystems oder Al oder deren feste Lösungen durch CVD- oder PVD-Verfahren mit einer Dicke von 3 bis 15 μm, nimmt zu. Die Dicke der aufgebrachten Schichten neigt des Weiteren dazu, sich zu erhöhen und mit CVD beschichtete Sinterkarbide mit einer Beschichtungsdicke von wenigstens 20 μm wurden vorgeschlagen. Bei solchen mit CVD beschichteten Sinterkarbidwerkzeugen tritt ein Problem auf, dass eine Zugspannung in der aufgebrachten Schicht während des Abkühlens nach der Beschichtung auftritt, aufgrund des Unterschiedes des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der aufgebrachten Schicht und dem Substrat, und daher wird die Bruchbeständigkeit des Werkzeuges verringert.
Für ein mit Sinterkarbid beschichtetes Werkzeug wurde auf der anderen Seite zur Verbesserung der Bruchbeständigkeit vorgeschlagen, Risse in eine aufgebrachte Schicht einzubringen, um durch diese hindurch bis zu einem Substrat zu dringen, indem ein mechanischer Stoß auf eine Oberfläche eines Sinterkarbids ausgeübt wird, zum Beispiel durch Strahlen (JP-B-7-6066). Bei diesem vorgeschlagenen Verfahren wird bestätigt, dass die Bruchbeständigkeit um ein bestimmtes Maß besser werden kann, aufgrund der zuvor in die aufgebrachte Schicht eingeführten Rissen, welche diese bis zu dem Substrat durchdringen, wird jedoch Griffith-Risslänge erhöht und führt so zu einer Verringerung der Bruchbeständigkeit, Abnutzungsschwankungen der aufgebrachten Schicht und Verschlechterung der Verschleißbeständigkeit durch längere Risse.
Wie oben beschrieben, weisen die beschichteten Sinterkarbidwerkzeuge des Standes der Technik Probleme auf, dass wenn die Dicke der aufgebrachten Schicht erhöht wird, um die Verschleißbeständigkeit zu verbessern, die Bruchbeständigkeit des Werkzeuges verschlechtert wird und auch wenn Risse zuvor in eine aufgebrachte Schicht mit einem relativ großen Durchmesser eingebracht werden, wird die Verschleißbeständigkeit deutlich verringert, abhängig von dem Risszustand. Diese Probleme wurden bisher noch nicht gelöst.
Unter der vorliegenden Situation zielt die vorliegende Erfindung darauf, ein beschichtetes Sinterkarbidwerkzeug bereitzustellen, dessen beide Eigenschaften bezüglich der Bruchbeständigkeit und der Verschleißbeständigkeit verbessert werden und wobei die Lebensdauer eines Werkzeuges verlängert wird.
Offenbarung der Erfindung
Um den oben beschriebenen Gegenstand zu erzielen, haben die Erfinder verschiedene Untersuchungen durchgeführt und dadurch herausgefunden, dass die Verwendung einer Sinterkarbidlegierung bestehend aus einer Matrix aus WC und einer Bindemittelphase aus einem Metall der Eisengruppe, wobei eine keramische Schicht mit einer spezifischen Schichtqualität und Struktur auf die Oberfläche aufgebracht wird und die Längen und Intervalle von in die aufgebrachten Schichten eingeführten Risse präzise durch ein thermisches oder mechanisches Verfahren gesteuert werden, wodurch beide Eigenschaften einer Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit verbessert werden und die Lebensdauer des Werkzeuges um ein großes Maß verlängert wird. Das heißt, die vorliegende Erfindung umfasst spezifische Erfindungen und Ausführungsformen, welche nachfolgend zusammengefasst sind:

(1) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, umfassend ein Substrat bestehend aus einer Matrix aus WC und einer Bindemittelphase eines Metalls der Eisengruppe und einer Vielzahl von aufgebrachten Schichten, welche auf einer Oberfläche des Substrats bereitgestellt sind, wobei (a) eine innerste Schicht, neben dem Substrat, der aufgebrachten Schichten im Wesentlichen aus Titannitrid mit einer Dicke von 0,1 bis 3 μm besteht, (b) in einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges des Werkzeuges ein mittlerer Rissabstand der aufgebrachten Schicht auf einem Grat einer Schneidkante und/oder Spanfläche kleiner ist als der mittlere Abstand der Risse in einer aufgebrachten Schicht auf einer Freifläche, (c) wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche Enden der Risse in der innersten Titannitridschicht, in einer Schicht oberhalb der Titannitridschicht oder in einer Zwischenfläche zwischen diesen Schichten aufweisen und (d) eine mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder Spanfläche kürzer ist als eine mittlere Dicke der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche.
(2) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug wie oben in (1) beschrieben, wobei die Zwischenfläche zwischen diesen Schichten eine Zwischenschicht zwischen der innersten Titannitridschicht und der Schicht direkt oberhalb des Titannitrids ist.
(3) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug wie oben in (1) oder (2) beschrieben, wobei die innerste Titannitridschicht des Weiteren mit einer Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, vorzugsweise 10 bis 50, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm, vorzugsweise 5 bis 15 μm, beschichtet ist und des Weiteren mit wenigstens einer Aluminiumoxidschicht mit 0,5 bis 10 μm, vorzugsweise 1 bis 8 μm, beschichtet ist.
(4) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug wie oben in (3) beschrieben, wobei wenigstens 50%, vorzugsweise 80 bis 100%, der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder der Spanfläche Enden von Rissen an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Zwischenfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur, aufweisen. (Die existierende Menge der Enden der Risse an der Substratseite bedeutet hier die Gesamtmenge).
(5) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, wie oben in (1) oder (2) beschrieben, wobei die innerste Titannitridschicht mit einer Aluminiumoxidschicht mit 3 bis 20 μm beschichtet ist, des weiteren mit einer Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einer Dicke von 3 bis 30 μm, mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5 und des Weiteren mit einer Aluminiumoxidschicht mit 0,5 bis 10 μm Dicke beschichtet ist.
(6) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, wie in einem der obigen (1) bis (5) beschrieben, wobei die mittleren Rissabstände in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder der Spanfläche höchstens 10 μm beträgt.
(7) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (1) bis (6), wobei wenn ein engerer mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante oder der Spanfläche in dem Querschnitt des Mikrogefüges X ist und ein mittlerer Wert der Rissabstände in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche Y ist, ein Wert von Y/X wenigstens 2 erfüllt.
(8) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (1) bis (7), wobei wenigstens 50%, vorzugsweise 75 bis 100%, der Enden der Risse auf der Oberflächenseite in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder Spanfläche nicht bis zu der Oberfläche der aufgebrachten Schicht durchgedrungen sind.
(9) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (2) bis (8), wobei wenigstens 50%, vorzugsweise 70 bis 100%, der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder der Spanfläche nur in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur vorhanden sind und nicht zu deren oberen oder unteren aufgebrachten Schichten durchdringen.
(10) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (1) bis (9), wobei die Oberfläche des Sinterkarbidsubstrats eine β-freie Schicht aufweist.
(11) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (1) bis (10), wobei die Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante mechanisch nach dem Beschichten eingeführt sind.
(12) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (3) bis (11), wobei die Titankarbonnitridschicht mit säulenförmiger Struktur bei 800°C bis 1.000°C, vorzugsweise bei 850 bis 950°C, durch ein CVD-Verfahren aufgebracht ist, umfassend die Verwendung einer Organo-CN Verbindung als ein Reaktionsgas.
(13) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (1) bis (12), wobei die Gesamtdicke der aufgebrachten Schichten in einem Bereich von 3 bis 50 μm liegt.
(14) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, umfassend ein Substrat bestehend aus einer Matrix aus WC und einer Bindemittelphase aus einem Metall der Eisengruppe und einer Vielzahl von aufgebrachten Schichten, bereitgestellt auf einer Oberfläche eines Substrats, wobei (a) eine innerste Schicht neben dem Substrat der aufgebrachten Schichten im Wesentlichen aus Titannitrid besteht, mit einer Dicke von 0,1 bis 3 μm, vorzugsweise 0,3 bis 1 μm, welche des Weiteren mit einer Aluminiumoxidschicht mit 0,5 bis 10 μm, vorzugsweise 1 bis 8 μm beschichtet ist, (b) auf einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges des Werkzeuges ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante kleiner ist als ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche, (c) wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkanten Enden von Rissen an der Substratseite in der innersten Titannitridschicht, in einer Schicht oberhalb der Titannitridschicht oder in einer Zwischenfläche zwischen diesen Schichten (Zwischenfläche zwischen der Titannitridschicht und einer Schicht direkt oberhalb derselben oder einer Zwischenfläche zwischen den Schichten in den oberen Schichten) aufweisen, (d) eine mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante kürzer ist als eine mittlere Dicke der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche und (e) die Aluminiumoxidschicht auf wenigstens einem Teil des Grates der Schnittkante poliert oder entfernt wird.
(15) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach dem obigen (14), wobei die innerste Titannitridschicht des Weiteren mit einer Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, vorzugsweise 10 bis 50, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm, vorzugsweise 5 bis 15 μm beschichtet ist und des Weiteren mit wenigstens einer Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 10 μm, vorzugsweise 1 bis 8 μm beschichtet ist.
(16) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach obigem (15), wobei wenigstens 50%, vorzugsweise 80 bis 100% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante Enden der Risse an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Zwischenfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur aufweisen. (Die existierende Menge der Enden der Risse an der Substratseite bedeutet die Gesamtmenge).
(17) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (14) bis (16), wobei der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante höchstens 10 μm beträgt.
(18) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (14) bis (17), wobei, wenn ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht des Grates der Schnittkante in dem Querschnitt des Mikrogefüges X ist und ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche Y ist, ein Wert von Y/X wenigstens 2 erfüllt, vorzugsweise wenigstens 5.
(19) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (14) bis (18), wobei der Rissabstand in der aufgebrachten Schicht A, deren Oberfläche freigelegt ist, bei welcher die Aluminiumoxidschicht entfernt wurde, 0,5 bis 5 μm, vorzugsweise 1 bis 3 μm beträgt.
(20) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (15) bis (18), wobei die aufgebrachte Schicht A, deren Oberfläche freigelegt wurde, bei welcher die Aluminiumoxidschicht entfernt wurde, aus Titankarbonnitridschichten mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, vorzugsweise 10 bis 50, einer Dicke von 3 bis 30 μm, vorzugsweise 5 bis 15 μm besteht.
(21) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (14) bis (18), wobei die aufgebrachte Schicht A, welche mit Rissen versehen ist, deren Abstände in einem Bereich von 0,5 bis 5 μm, vorzugsweise 1 bis 3 μm liegen, unter dem polierten Aluminiumoxidbereich vorhanden ist.
(22) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (15) bis (18), wobei die aufgebrachte Schicht A, welche unter dem polierten Aluminiumoxidbereich vorhanden ist, aus einer Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, vorzugsweise 10 bis 50, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm, vorzugsweise 5 bis 15 μm, besteht.
(23) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (15) bis (20), wobei wenigstens 50%, vorzugsweise 70 bis 100% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante nicht nur in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur vorhanden sind und nicht durch deren obere und untere aufgebrachten Schichten durchdringen.
(24) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (14) bis (23), wobei die Oberfläche des Sinterkarbidsubstrats eine β-freie Schicht aufweist.
(25) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (14) bis (20) und (23) bis (24), wobei die entfernte Aluminiumoxidschicht im wesentlichen aus κ-Aluminiumoxid besteht.
(26) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (14) bis (18) und (21) bis (23), wobei die polierte Aluminiumoxidschicht im Wesentlichen aus α-Aluminiumoxid besteht.
(27) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, umfassend ein Substrat bestehend aus einer Matrix aus WC und einer Bindemittelphase eines Metalls der Eisengruppe und einer Vielzahl von aufgebrachten Schichten, bereitgestellt auf einer Oberfläche des Substrats, wobei (a) eine innerste Schicht der neben dem Substrat aufgebrachten Schichten im Wesentlichen aus Titannitrid besteht, mit einer Dicke von 0,1 bis 3 μm, vorzugsweise 0,3 bis 1 μm, welche des Weiteren mit einer Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, vorzugsweise 10 bis 50, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm, vorzugsweise 5 bis 15 μm beschichtet ist, und des Weiteren mit wenigstens einer Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 10 μm, vorzugsweise 1 bis 8 μm, (b) auf einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges des Werkzeuges wenigstens 50% der Enden der Risse an der Oberflächenseite in der aufgebrachten Schicht auf einem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche nicht bis zur Oberfläche der aufgebrachten Schichten durchdringen, (c) wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche Enden von Rissen an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in einer Schicht oberhalb der Titannitridschicht oder in einer Zwischenfläche zwischen diesen Schichten aufweisen und (d) eine mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche kürzer ist als eine mittlere Dicke der auf der Freifläche aufgebrachten Schicht, (e) ein mittlerer Rissabstand in der Titankarbonnitridschicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche, höchstens 10 μm beträgt und (f) ein mittlerer Rissabstand in der Aluminiumoxidschicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche wenigstens zweimal so groß ist wie ein mittlerer Rissabstand der Titankarbonnitridschicht.
(28) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach obigem (27), wobei die Oberfläche des mit Sinterkarbid beschichteten Schneidwerkzeuges eine β-freie Schicht aufweist.
(29) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, wie oben in (27) oder (28) beschrieben, wobei die Aluminiumoxidschicht auf wenigstens einem Teil des Grates der Schneidkante entfernt oder poliert ist.
(30) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (14) bis (29), wobei die Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante nach dem Aufbringen mechanisch eingebracht werden.
(31) Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, nach einem der obigen (15) bis (30), wobei die Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur bei 800°C bis 1.000°C, vorzugsweise 850°C bis 950°C, durch ein CVD-Verfahren umfassend die Verwendung einer Organo CN-Verbindung als ein Reaktionsgas aufgebracht wird.
(32) Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der obigen (14) bis (31), wobei die Summe der Dicke der aufgebrachten Schichten in einem Bereich von 3 bis 50 μm liegt.

Zwischen der innersten Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur oder der Aluminiumoxidschicht des oben beschriebenen (5) oder zwischen der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur und der Aluminiumoxidschicht, kann eine Zwischenschicht aufgebracht sein, um die Haftung zwischen den Schichten zu verbessern. Als eine Zwischenschicht können Schichten aus Titanbornitrid, Titankarbid, Titankarboxynitrid und dergleichen mit einer Dicke von ungefähr 0,1 bis 5 μm verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Einsatzes der vorliegenden Erfindung, um eine Kante einer Schneidkante, Spanfläche und Freifläche darzustellen.
2 ist eine typische Aufsicht auf einen Einsatz der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Diagramm, das eine die Lage betreffende Beziehung zwischen den Enden der Risse und einem Substrat in einer aufgebrachten Schicht eines Sinterkarbides der vorliegenden Erfindung darstellt.
4(a) und (b) zeigen jeweils typische Querschnitte des polierten Zustandes der Aluminiumoxidschichten auf einem spiegelpolierten Querschnitt eines Mikrogefüges der Einsätze gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt einen Querschnitt eines Arbeitsstückes aus SCM 435 (Rundstab), welches für einen Schneidtest in den Beispielen verwendet wird.
Beste Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung
Gemäß eines ersten Merkmales I der vorliegenden Erfindung werden bei einem beschichteten Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, umfassend ein Substrat bestehend aus einer Matrix aus WC und einer Bindemittelphase aus einem Metall der Eisengruppe, zu welchem ein Karbonnitrid aus Ti, Ta, Nb etc. gegebenenfalls zugegeben wird, eine Vielzahl von aufgebrachten Schichten auf einer Oberfläche des Substrats bereitgestellt, (a) eine innerste Schicht, neben dem Substrat, der aufgebrachten Schichten, bestehend aus Titannitrid mit einer Dicke von 0,1 bis 3 μm, vorzugsweise 0,3 bis 1 μm, und ist des Weiteren mit einer Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, vorzugsweise 10 bis 50, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm, vorzugsweise 5 bis 15 μm beschichtet, und des Weiteren mit wenigstens einer Aluminiumoxidschicht beschichtet, mit einer Dicke von 0,5 bis 10 μm, vorzugsweise 1 bis 8 μm. (b) Auf einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges des Werkzeuges ist ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante kleiner als der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf einer Freifläche. (c) Von den Rissen in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche, sind die, bei welchen die Enden der Risse an der Substratseite in der innersten Titannitridschicht, in einer Schicht oberhalb des Titannitrid oder in einer Zwischenfläche zwischen diesen Schichten existieren, in einem Verhältnis von wenigstens 50%, vorzugsweise 80–100%. In dem Fall des Aufbringens der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur auf die innerste Titannitridschicht, sind die Risse, deren Ende in der innersten Titannitridschicht vorhanden sind, in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Zwischenfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur in einem Verhältnis von wenigstens 50%, vorzugsweise 80 bis 100% vorhanden. (d) Es ist wichtig, dass die mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche kürzer ist als eine mittlere Dicke der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche.
In dem oben beschriebenen Merkmal I der vorliegenden Erfindung werden die Gründe (a) bis (d) spezifiziert und andere Erfindungen im Folgenden dargestellt:

(a) Der Grund, warum Titannitrid als innerste Schicht gewählt wird, besteht nicht nur darin, dass Titannitrid eine ausgezeichnete Haftfestigkeit an einem Sinterkarbidmaterial aufweist, sondern dass es auch eine ausgezeichnete Schichtqualität aufweist und in der Lage ist zu verhindern, dass Risse in der aufgebrachten Schicht zu dem Substrat durchdringen. Die Dicke der Schicht ist oben spezifiziert, denn wenn sie weniger als 0,1 μm beträgt, kann die Wirkung nicht erwartet werden, und wenn sie dagegen mehr als 3 μm beträgt, wird die Verschleißbeständigkeit verschlechtert. Die darauf aufgebrachte Titankarbonnitridschicht ist vorzugsweise vom im Hinblick auf die Verschleißbeständigkeit aufgebracht und die Verwendung einer säulenartigen Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5 führt zu einem einfachen Einführen von Rissen und der Bildung einer zähen Schicht. Wenn das Aspektverhältnis in einem Bereich von 10 bis 50 liegt, können insbesondere ausgezeichnete Eigenschaften erwartet werden. Die Dicke dieser Schicht ist wie oben beschrieben angegeben, denn wenn sie weniger als 3 μm beträgt, wird die Wirkung der Verbesserung der Verschleißbeständigkeit verringert, beträgt sie dagegen mehr als 30 μm, wird die Bruchbeständigkeit deutlich verringert. Die darauf angeordnete Aluminiumoxidschicht ist im Hinblick auf das Unterdrücken des Verschleißes der Spanfläche notwendig, wenn diese Stelle mit hoher Schneidgeschwindigkeit ausgesetzt wird. Beträgt die Dicke weniger als 0,5 μm, ist die Wirkung geringer, beträgt sie dagegen mehr als 10 μm, wird die Bruchbeständigkeit deutlich verringert.
(b) Wenn der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche geringer ist als der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf einer Freifläche, wobei der Querschnitt der Mikrostruktur des Werkzeuges nach dem Spiegelpolieren mittels eines optischen Mikroskops oder eines Rasterelektronenmikroskops beobachtet wird, wird die Bruchbeständigkeit während des periodischen Schneidens verbessert und zusätzlich kann das Brechen, das Abbrechen oder das Abblätterphänomen der Schichten aufgrund einer übermäßigen Einführung von Rissen in die aufgebrachte Schicht auf der Freifläche, von welcher die Verschleißbeständigkeit abhängig ist, unterdrückt werden. Dies ist bevorzugt. Insbesondere sind diese Wirkungen deutlich, wenn ein Wert von Y/X 2 erfüllt, wobei ein engerer mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante oder Spanfläche auf dem Querschnitt der Mikrostruktur X ist und ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche Y. In dieser Beschreibung bedeutet der Grat der Schneidkante ein zentraler Teil des Grates der Schneidkante (Bereich von bis zu einem Verbindungsteil mit einer Spanfläche oder Freifläche), die Freifläche bedeutet ein zentraler Teil der Freifläche und die Spanfläche bedeutet eine Position von in der Nähe von 0 bis 100 μm von dem Verbindungsteil des Grates der Schneidkante mit der Spanfläche zu der Spanflächenseite (s. 1 und 2). Die oben beschriebene Beobachtung des Querschnittes des Mikrogefüges durch ein optisches Mikroskop oder Rasterelektronenmikroskop wird durchgeführt, um einen Zustand der eingeführten Risse zu bestimmen, durch das Fotografieren eines bestimmten Bereichs der aufgebrachten Schicht mit einer Länge von ungefähr 50 bis 100 μm und Verwendung desselben. Wenn die Anzahl der eingeführten Risse in dem beobachteten optischen Gebiet kleiner ist, wird das optische Gebiet vergrößert. Die Risse, auf die hier Bezug genommen wird, sind Risse, die in der vertikalen Richtung zu der Oberfläche der aufgebrachten Schicht eingeführt sind mit einer Länge von wenigstens der Hälfte der Schichtdicke jeder aufgebrachten Schicht (s. 3). Dies liegt vermutlich an der Tatsache, dass wenn Risse mit einer Risslänge von wenigstens der Hälfte der Dicke jeder Schicht eingeführt werden, der Film von jeder Schicht zäher wird um die Schneideigenschaften zu verbessern. Zusätzlich wird, wenn sich die mittleren Rissabstände in den aufgebrachten Schichten jeweils unterscheiden, der kleinste mittlere Rissabstand als der mittlere Rissabstand der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Die in der vorliegenden Erfindung betrachteten Risse umfassen Risse, die während des Schleifens oder Spiegelpolierens eingeführt werden, wobei die Risslängen oder Rissab stände durch das oben beschriebene Messverfahren oder ein Verfahren, angegeben in den nachfolgenden Beispielen, gemessen werden kann.
(c) Wenn von den Rissen in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche, die mit den Enden der Risse an der Substratseite in der innersten Titannitridschicht, in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Zwischenfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur, in einem Verhältnis von wenigstens 50% existieren, ist das Verhältnis der Risse, die zu dem Substrat durchdringen gering, so dass ein Phänomen unterdrückt werden kann, dass das Sinterkarbidsubstrat dazu neigt zu brechen oder brüchig zu werden durch die Risse, welche bis zu dem Substrat, als eine spannungskonzentrierte Quelle während des periodischen Schneidens durchdringen oder dass das Sinterkarbid direkt unter der aufgebrachten Schicht bricht, so dass die aufgebrachte Schicht abblättert und sich die Verschleißbeständigkeit verschlechtert. In diesem Fall ist ein Anteil von wenigstens 80% besonders bevorzugt. Aufgrund der oben beschriebenen Gründe, umfasst diese Beschreibung einen Fall, bei welchem die Enden der Risse an der Substratseite in der Zwischenfläche zwischen der innersten Titannitridschicht und dem Substrat existieren, und nicht zu dem Substrat durchdringen.
(d) Wenn die mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche kürzer ist als die mittlere Dicke der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche, werden die Risse, welche von der Oberfläche zu dem Substrat durchdringen, verringert und das Brechen des Sinterkarbidsubstrats aufgrund der Oxidation des Sinterkarbidsubstrats an den Enden der Risse, welche während des Schneidens mit hoher Geschwindigkeit durch das Substrat durchdringen, und die Zunahme des Verschleißes aufgrund des Abblätterns der Schicht kann unterdrückt werden. Dies ist bevorzugt.

Des Weiteren, wenn die innerste Titannitridschicht mit einer Aluminiumoxidschicht mit 3 bis 20 μm beschichtet wird, und des Weiteren mit einer Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm beschichtet wird und des Weiteren mit einer Aluminiumoxidschicht mit 0,5 bis 10 μm beschichtet wird, kann eine Verschleißbeständigkeit sowohl hohen Geschwindigkeiten, wie auch niedrigen Geschwindigkeiten entsprechen. Der Grund, warum die Dicke der innersten Aluminiumoxidschicht auf 3 bis 20 μm beschränkt wird, besteht darin, dass wenn sie dünner als 3 μm ist, die Wirkung geringer ist, während wenn sie dicker als 20 μm ist, die Bruchbeständigkeit deutlich verschlechtert wird. Der Grund, warum die Dicke der äußeren Aluminiumoxidschicht auf 0,5 bis 10 μm beschränkt wird, begründet sich darauf, dass wenn sie dünner als 0,5 μm ist, die Wirkung geringer ist, wohingegen, wenn die Dicke mehr als 10 μm ist, die Verschleißbeständigkeit verschlechtert wird.
Wenn der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche höchstens 10 μm beträgt, können des Weiteren Schneidspannungen, die auf den Grat der Schneidkante ausgeübt werden, durch die Konzentration der spezifischen Rissenden verhindert werden, das heißt die Spannung kann verteilt werden, und so die Bruchbeständigkeit verbessert werden, der normale Verschleiß unterdrückt werden und die Verschleißbeständigkeit verbessert werden.
Wenn von den Rissen in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche die Risse mit Rissenden an der Oberfläche, die nicht zu der Oberfläche der aufgebrachten Schicht durchdringen, in einem Anteil von wenigstens 50 vorhanden sind, kann ein Phänomen der schnellen Verschleißerhöhung aufgrund der Verschlechterung der Schichtqualität, das Brechen der Schicht und das Abblättern der Schicht, welche durch eine hohe Temperatur bewirkt werden, die während des Hochgeschwindigkeitsschneidens erzeugt wird und anschließend durch Oxidation der aufgebrachten Schicht, unterdrückt werden.
Gleichzeitig, wenn insbesondere wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante nur in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur existieren und nicht zu den oberen und unteren Schichten dieser durchdringen, verlaufen die Risse nur selten parallel zu der Schichtoberfläche und werden miteinander integriert unter solch einer Schneidbedingung, dass Stöße wiederholt als ein periodisches Schneiden ausgeübt werden und ein Phänomen der schnellen Verschleißerhöhung aufgrund des Adhäsionsbrechens, resultierend von dem Abplatzen der Schicht, und aufgrund des Abblätterns der Schicht kann unterdrückt werden, da die Kornform der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur säulenartig ist.
In dem beschichteten Sinterkarbid mit dem oben beschriebenen Merkmal I gemäß der vorliegenden Erfindung, liegt die gesamte Schichtdicke der Beschichtungen vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 50 μm.
Wenn die Oberfläche des Sinterkarbids eine β-freie Schicht (Schicht ohne andere Ausfällungen als WC und ein Bindemittelmetall) aufweist, pflanzen sich Risse nur schlecht fort und die Bruchbeständigkeit kann des Weiteren verbessert werden, aufgrund der verbesserten Zähigkeit der Oberfläche des Sinterkarbids, wenn die Risse durch das Substrat durch Schneidspannungen fortschreiten. Des Weiteren wird, wenn eine höhere Härtefläche direkt unter der β-freien Schicht vorhanden ist als die Härte im Inneren der Legierung, eine Ausgewogenheit der Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit verbessert. Die β-freie Schicht kann erhalten werden, indem ein Pulver einer Sinterkarbidzusammensetzung enthaltend ein Nitrid und/oder Karbonnitrid, in einer denitrierenden Atmosphäre, z.B. Vakuum, gesintert wird. Die Dicke beträgt vorzugsweise 5 bis 50 μm.
Gemäß eines zweiten Merkmales II der vorliegenden Erfindung, umfasst ein beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeug ein Substrat bestehend aus einer Matrix aus WC und einer Bindemittelphase auf einem Metall der Eisengruppe, gegebenenfalls des Weiteren enthaltend ein Karbonnitrid von Ti, Ta, Nb etc. und eine Vielzahl von aufgebrachten Schichten, bereitgestellt auf einer Oberfläche des Substrats, (a) eine innerste Schicht, neben dem Substrat, der aufgebrachten Schichten besteht im Wesentlichen aus Titannitrid mit einer Dicke von 0,1 bis 3 μm, vorzugsweise 0,3 bis 1 μm, des Weiteren beschichtet mit wenigstens einer Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 10 μm, vorzugsweise 1 bis 5 μm. Vorzugsweise ist eine Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, vorzugsweise 10 bis 50, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm, vorzugsweise 5 bis 15 μm, des Weiteren zwischen dem Titannitrid und dem Aluminiumoxid aufgebracht. (b) Auf einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges des Werkzeuges ist ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante kleiner als der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche. (c) Von den Rissen in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche sind die mit Rissenden an der Substratseite, die in der innersten Titannitridschicht, in einer Schicht oberhalb des Titannitrid oder in einer Zwischenfläche zwischen diesen Schichten vorhanden sind, in einem Anteil von wenigstens 50%, vorzugsweise 80 bis 100% vorhanden. In dem Fall des Aufbringens der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur auf die innerste Titannitridschicht, haben die Risse, deren Ende in der innersten Titannitridschicht existieren, in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Zwischenfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur vorhanden sind, ein Anteil von wenigstens 50%, vorzugsweise 80 bis 100%. (d) Eine mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante ist kürzer als die mitt lere Dicke der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche. (e) Es ist wichtig, dass wenigstens eine Schicht der Aluminiumoxidschichten mit wenigstens einem Teil von dem Grat der Schneidkante entfernt wird.
In dem dritten Merkmal III der vorliegenden Erfindung sind die oben beschriebenen (a) bis (d) ähnlich und wie (e), ist es wichtig, dass die Aluminiumoxidschicht von wenigstens einem Teil des Grates der Schneidkante entfernt ist.
In den oben beschriebenen Merkmalen II und III werden die Gründe für das Spezifizieren von (a) bis (e) und andere Erfindungen im Folgenden beschrieben.

(a) Der Grund, warum Titannitrid als innerste Schicht gewählt wird besteht darin, dass Titannitrid nicht nur bezüglich der Haftfestigkeit auf einem Sinterkarbidmaterial ausgezeichnet ist, sondern auch eine ausgezeichnete Schichtqualität aufweist und in der Lage ist zu verhindern, dass die Risse in der aufgebrachten Schicht zu dem Substrat durchdringen. Die Dicke der Schicht ist wie oben angegeben, da, wenn sie weniger als 0,1 μm beträgt, die Wirkung nicht erwartet werden kann, während wenn sie mehr als 3 μm beträgt, die Verschleißbeständigkeit verringert wird. Des Weiteren ist die darauf angeordnete Aluminiumoxidschicht im Hinblick auf das Unterdrücken des Verschleißes auf der Spanfläche notwendig, wenn Stähle oder Gusseisen mit hoher Schneidgeschwindigkeit unterworfen werden. Wenn die Dicke weniger als 0,5 μm beträgt, ist die Wirkung gering, während wenn sie mehr als 10 μm beträgt, die Bruchbeständigkeit deutlich verringert wird. Ein besonders bevorzugter Bereich ist 1 bis 5 μm. (In Merkmal III ist ein bevorzugter Bereich 3 bis 8 μm). In diesem Fall können eine Vielzahl von Aluminiumoxidschichten bereitgestellt werden, welche gegebenenfalls sandwichartig mit TiN, TiCN, TiC, TiBN, TiBNO Schichten laminiert werden können. Des Weiteren kann in dem Inneren der Aluminiumoxidschicht jede geeignete Schicht von TiC, TiBN, TiBNO, TiCO und TiCNO und außerhalb der Aluminiumschicht jede geeignete Schicht aus TiCN, TiBN und TiN bereitgestellt werden. In dem Fall, dass eine TiCNO-Schicht zwischen einer TiN-Schicht und einer Al₂O₃-Schicht bereitgestellt wird, dient zum Beispiel die TiCNO-Schicht zur Erhöhung der Haftkraft beider Schichten und die TiN-Schicht außerhalb der Aluminiumoxidschicht dient zur Klassifizierung durch Einfärben einer verwendeten Ecke während des Schneidens oder zur Verbesserung eines Wertes als ein kommerzieller Gegenstand, indem es golden wird. Als eine benachbarte Schicht zu der innersten TiN-Schicht kann jede der Schichten aus TiC, TiBN, TiCNO und TiCO zusammen mit den TiCN und Al₂O₃ Schichten bereitgestellt werden. Bevorzugter wird eine Titankarbonnitridschicht zwischen der Titannitridschicht und der Aluminiumoxidschicht aufgebracht. Diese Titankarbonnitridschicht wird vorzugsweise von dem Gesichtspunkt der Verschleißbeständigkeit verwendet und der Einsatz einer Schicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5 führt zu einem einfachen Einführen von Rissen unter Bildung einer zähen Schicht. Wenn das Aspektverhältnis in dem Bereich von 10 bis 50 liegt, können insbesondere ausgezeichnete Eigenschaften erwartet werden. Die Dicke der Schicht ist wie oben beschrieben, da wenn sie weniger als 3 μm beträgt, die Wirkung der Verbesserung der Verschleißbeständigkeit gering wird, während wenn sie mehr als 30 μm beträgt, die Bruchbeständigkeit deutlich verringert wird. Als die oben beschriebene Al₂O₃ Schicht kann jede Kristallart verwendet werden, jedoch abhängig von dem Gegenstand, kann κ-Al₂O₃ oder α-Al₂O₃ geeignet verwendet werden, da κ-Al₂O₃ einfach entfernt werden kann, während α-Al₂O₃, welches eine höhere Zähigkeit als κ-Al₂O₃ aufweist, schwer zu entfernen ist.
(b) Wenn der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante kleiner ist als der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf einer Freifläche, wenn der Querschnitt des Mikrogefüges des Werkzeuges nach dem Mikropolieren mit einem optischen Mikroskop oder Rasterelektronenmikroskop beobachtet wird, wird die Bruchbeständigkeit während des periodischen Schneidens verbessert und zusätzlich kann ein Brechen, Abblättern oder Abplatzen der Schichten aufgrund des übermäßigen Einführens von Rissen in die aufgebrachte Schicht auf der Freifläche, von welcher die Verschleißbeständigkeit abhängt, unterdrückt werden. Dies ist bevorzugt. Insbesondere sind solche Wirkungen deutlich, wenn ein Wert von Y/X wenigstens 2 erfüllt, wenn ein engerer mittlerer Rissintervall in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante oder Spanfläche auf dem Querschnitt des Mikrogefüges X ist und ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche Y ist. In dieser Beschreibung bezeichnet der Grat der Schneidkante einen zentraler Teil des Grates der Schneidkante (im Bereich von bis zu einem Verbindungsteil mit einer Spanfläche oder Freifläche), die Freifläche bezeichnet einen zentraler Teil der Freifläche und die Spanfläche bezeichnet eine Position in der Nähe von 0 bis 100 μm von dem Verbindungsbereich des Grates der Schneidkante mit der Spanfläche zu der Spanflächenseite (s. 1 und 2). Die oben beschriebenen Beobachtungen des Querschnitts des Mikrogefüges durch das optische Mikroskop oder Rasterelektronenmikroskop werden durchgeführt, um einen eingeführten Zustand von Rissen zu beurteilen durch Fotografieren eines bestimmten Ortes der aufgebrachten Schicht mit einer Länge von ungefähr 50 bis 100 μm und Verwendung desselben. Wenn eine Anzahl von eingeführten Rissen in dem beobachteten optischen Gebiet kleiner ist, wird das optische Gebiet vergrößert und wenn der gewünschte Ort eine Länge von nur weniger als 50 μm aufweist, wird nur ein messbarer Abstand als ein optisches Messgebiet eingesetzt. Die Risse, auf welche hier Bezug genommen wird, sind Risse, die in einer vertikalen Richtung zu der aufgebrachten Schichtoberfläche eingeführt sind, mit einer Länge von wenigstens einer Hälfte der Schichtdicke jeder aufgebrachten Schicht (s. 3). Dies beruht auf der Tatsache, dass wenn Risse, die jeweils eine Risslänge von wenigstens einer Hälfte der Dicke jeder Schicht aufweisen, eingeführt werden, der Film jeder Schicht zäh bleibt, um die Schneideigenschaften zu verbessern. Zusätzlich, wenn die mittleren Rissabstände in den aufgebrachten Schichten sich unterscheiden, wird der geringste mittlere Rissabstand als der mittlere Rissabstand in der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Die Risse, auf welche in der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird, werden durch Mahlen bzw. Schleifen oder Spiegelpolieren eingeführt, wobei die Risslängen oder Rissabstände durch das oben beschriebene Messverfahren oder eine in den folgenden Beispielen beschriebene Messung gemessen werden können.
(c) Wenn, von den Rissen in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante, solche mit Rissenden, an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Zwischenfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur, mit einem Anteil von wenigstens 50 existiert %, ist der Anteil der Risse, welche zu dem Substrat durchdringen gering, so dass solch ein Phänomen unterdrückt werden kann, dass das Sinterkarbidsubstrat dazu neigt zu brechen oder abzusplittern durch Risse, welche durch das Substrat durchdringen, als eine spannungskonzentrierte Quelle, während des periodischen Schneidens oder das Sinterkarbid direkt unter der aufgebrachten Schicht wird zerbrochen und blättert die aufgebrachte Schicht ab und verringert die Verschleißbeständigkeit. In diesem Fall ist ein Anteil von wenigstens 80% besonders bevorzugt. Aufgrund der oben beschriebenen Gründe umfasst diese Beschreibung auch einen Fall, in denen die Enden von Rissen auf der Substratseite, in der Zwischenfläche zwischen der innersten Titannitridschicht und dem Substrat existieren und nicht bis zu dem Substrat durchdringen.
(d) Wenn die mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante kürzer ist als die mittlere Dicke der aufgebrachten Schichte auf der Freifläche, werden die Risse, die von der Oberfläche zu dem Substrat durchdringen verringert und das Brechen des Sinterkarbidsubstrats aufgrund der Oxidation des Sinterkarbidsubstrats an den Enden der durch das Substrat durchgedrungenen Risse aufgrund des Schneidens mit hoher Geschwindigkeit und der Zunahme des Verschleißes aufgrund des Abblätterns der Schicht, kann unterdrückt werden. Dies ist bevorzugt. Wenn der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante höchsten 10 μm beträgt, kann des Weiteren die auf den Grat der Schneidkante ausgeübte Schneidspannung von der Konzentration an den spezifischen Rissenden abgehalten werden, das heißt die Beanspruchung kann verteilt werden, so dass die Bruchbeständigkeit verbessert wird, der normale Verschleiß unterdrückt wird und die Verschleißbeständigkeit verbessert wird. Dies ist insbesondere bevorzugt. In den oben beschriebenen Merkmalen II werden die Gründe, warum (e) spezifiziert wird, nun beschrieben.
(e) Wenigstens eine der Aluminiumoxidschichten wird an wenigstens einem Teil des Grates der Schneidkante entfernt oder poliert, zum Beispiel durch ein Polierverfahren unter Verwendung einer Bürste, welche schleifende Körner trägt oder enthält oder durch ein elastisches reibendes Rad (elastic abrasive wheel), ein Trommelbehandlungsverfahren (barrel treatment) oder ein Blasbehandlungsverfahren. Diese Behandlungen dienen dazu zu verhindern, dass sich die aufgebrachte Schicht abpellt und um die Bruchbeständigkeit, wie auch die Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Ein teilweises Entfernen der Aluminiumoxidschicht führt zu einer Unterdrückung eines Phänomens der Haftung eines Werkstückes an der Schneidkante, ein Behindern des Adhäsionsflusses → Zunahme der Schneidbeständigkeit → Bruch der Schicht und Unterdrückung des Brechens der Aluminiumoxidschicht und unnormaler Verschleiß aufgrund von Reibung der abgebrochenen Aluminiumoxidkörner an der Freifläche.

Das Entfernungsverfahren kann vorzugsweise auf solch eine Weise durchgeführt werden, dass es sich über den gesamten Grat der Schneidkante erstreckt.
Die Beurteilung, ob die Aluminiumoxidschicht entfernt ist oder nicht, kann nicht nur durch Beobachten der Werkzeugoberfläche durch SEM und Fotografieren eines Zusammensetzungsbildes oder durch das Unterwerfen einem EDS (Energie-dispersive Spektroskopie) durchgeführt werden, sondern auch durch Unterwerfen eines Querschnittes einer Legierung einer Analyse mit optischem Mikroskop, SEM oder EDS nach dem Polieren oder Läppen desselben.
In dem oben beschriebenen Merkmal III, werden die Gründe für das Spezifizieren von (e) im Folgenden beschrieben.
(e) Die Aluminiumoxidschicht wird auf wenigstens einem Teil des Grates der Schneidkante entfernt oder poliert, zum Beispiel durch ein Polierverfahren unter Verwendung einer Bürste, tragend oder enthaltend schleifende Körner, oder durch elastisches schleifendes Rad, Trommelbehandlungsverfahren oder Blasbehandlungsverfahren. Diese Behandlungen dienen dazu zu verhindern, dass sich die aufgebrachte Schicht abpellt und um die Bruchbeständigkeit wie auch die Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Die Aluminiumoxidschicht wird durch das Polieren eines Teiles der Aluminiumoxidschicht flach gemacht, um einen Fluss der Späne zu erleichtern, wodurch ein Adhäsionsfluss → Zunahme der Schneidbeständigkeit → Bruch der Schicht schwer zu bewirken ist, Bruch der Aluminiumoxidschicht und abnormaler Verschleiß aufgrund von Reibung der gebrochenen Aluminiumoxidkörner mit der Freifläche unterdrückt werden können.
Das Entfernungsverfahren kann vorzugsweise auf solch eine Weise durchgeführt werden, dass es sich über den gesamten Grat der Schneidkante erstreckt. Die Beurteilung, ob eine polierte Fläche auf der Aluminiumoxidschicht vorhanden ist oder nicht, kann durch das Beobachten einer Werkzeugoberfläche durchgeführt werden, zum Beispiel durch SEM, um zu beurteilen, ob es schwer wahrnehmbare Bereiche von Korndurchmessern oder Korngrenzen oder nicht gibt, entweder auf einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges, die Schichtdicke der Aluminiumoxidschicht auf dem Grat der Schneidkante dünner ist als die Schichtdicke der Aluminiumoxidschicht auf der Freifläche oder Spanfläche oder nicht [s. 4(a)] oder ob auf einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges die Rauheit der Aluminiumoxidschicht auf dem Grat der Schneidkante geringer ist als die Rauhigkeit der Aluminiumoxidschicht auf der Freifläche oder Spanfläche oder nicht [s. 4(b)].
Des Weiteren sollte das Maß des Polierens vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 99%, bevorzugter 30 bis 95% der Dicke der Aluminiumoxidschicht liegen.
In dem Merkmal (II) der vorliegenden Erfindung, wenn der Rissabstand in der aufgebrachten Schicht A mit freigelegter Oberfläche, bei welcher die Aluminiumoxidschicht entfernt wurde, 0,5 bis 5 μm beträgt, sind die Antihaftungseigenschaft und die Verschleißbeständigkeit ausgezeichnet und die Bruchbeständigkeit wird beträchtlich verbessert. Dies ist besonders bevorzugt.
Bei dem Merkmal II der vorliegenden Erfindung, wenn die aufgebrachte Schicht A mit freigelegter Oberfläche, bei welcher die Aluminiumoxidschicht entfernt wurde, aus einer Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, vorzugsweise 10 bis 50, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm besteht oder wenn wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante nur in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur vorhanden sind und nicht durch deren oberen und unteren Schichten durchdringen, setzen sich die Risse nur schwer parallel zu der Schichtoberfläche fort und verflechten sich nur schwer miteinander unter solch einer Schneidbedingung, dass Stöße wiederholt als ein periodisches Schneiden aufgebracht werden, und ein Phänomen der schnellen Verschleißerhöhung aufgrund des Adhäsionsbruchs resultieren von Abplatzen der Schicht und aufgrund des Abblätterns der Schicht kann unterdrückt werden, da die Kornform der Titannitridschicht bestehend aus der säulenartigen Struktur säulenartig ist.
Bei dem beschichteten Sinterkarbid mit den Merkmalen II oder III gemäß der vorliegenden Erfindung liegt die Gesamtdicke der Beschichtungen vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 50 μm.
Bei dem Merkmal III der vorliegenden Erfindung, wenn die aufgebrachte Schicht A mit einem Rissabstand von 0,5 bis 5 μm unter der polierten Aluminiumoxidschicht vorhanden ist, sind insbesondere die antihaftenden Eigenschaft und die Verschleißbeständigkeit ausgezeichnet und die Bruchbeständigkeit wird deutlich verbessert. Dies ist bevorzugt.
Bei dem Merkmal III der vorliegenden Erfindung, wenn die aufgebrachte Schicht A, welche unter dem polierten Aluminiumoxidteil vorhanden ist, aus einer Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von 5, vorzugsweise 10 bis 50, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm besteht, oder wenn wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante nur in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur vorhanden sind und sich nicht durch deren oberen und unteren aufgebrachten Schichten durchdringen, setzen sich die Risse nur schwer parallel zu der Schichtoberfläche fort und verflechten sich nur schwer miteinander unter solchen Schneidbedingungen, dass Stöße wiederholt ausgeübt werden, wie beim periodi schen Schneiden, und ein Phänomen der schnellen Verschleißerhöhung aufgrund des Adhäsionsbruchs resultierend von dem Abplatzen der Schicht und aufgrund des Abschälens der Schicht unterdrückt werden, da die Kornform der Titankarbonnitridschicht bestehend aus der säulenartigen Struktur säulenartig ist.
Bei dem beschichteten Sinterkarbid mit den Merkmalen II oder III gemäß der vorliegenden Erfindung liegt die Gesamtdicke der Beschichtungen vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 50 μm.
Ähnlich zu der vorliegenden Erfindung mit dem Merkmal I, können bei dem Merkmal II oder III, wenn die Oberfläche des Sinterkarbids auch eine β-freie Schicht (Schicht mit keinen anderen Ausfällungen als WC und einem Bindemittelmetall) aufweist, Risse nur schwer fortschreiten und die Bruchbeständigkeit kann weiter verbessert werden aufgrund der verbesserten Zähigkeit der Oberfläche des Sinterkarbids, während die Risse durch Schneidspannungen durch das Substrat fortschreiten können. Des Weiteren gibt es einen Bereich höherer Härte direkt unter der β-freien Schicht als die Härte innerhalb der Legierung, die Ausgewogenheit zwischen der Bruchbeständigkeit und der Verschleißbeständigkeit wird verbessert. Die β-freie Schicht kann erhalten werden, indem ein Pulver einer Sinterkarbidzusammensetzung enthaltend ein Nitrid- und/oder Karbonnitrid in einer denitrierenden Atmosphäre, z.B. einem Vakuum, gesintert wird. Die Dicke beträgt vorzugsweise 5 bis 50 μm.
Bei dem Merkmal II der vorliegenden Erfindung, mit der entfernten Aluminiumoxidschicht, ist es bevorzugt, um die Aluminiumschicht auf dem Grat der Schneidkante gleichmäßig zu entfernen, κ-Aluminiumoxid zu wählen, welches in der Lage ist, einfach gleichmäßig feine Körner zu bilden und auch ausgezeichnet bezüglich der Verschleißbeständigkeit auf einer Freifläche während des Stahlschneidens ist.
Auf der anderen Seite ist es bei dem Merkmal III der vorliegenden Erfindung, bezüglich der polierten Aluminiumoxidschicht bevorzugt, α-Aluminiumoxid zu wählen, welches eine ausgezeichnete Festigkeit aufweist und bei welchem weniger Körner während des Polierens herausfallen und welches geeignet ist, während des Schneidens von Gusseisen ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit auf einer Freifläche zu zeigen.
Gemäß des vierten Beispieles IV der vorliegenden Erfindung ist in einem beschichteten Sinterkarbid-Schneidwerkzeug, umfassend ein Substrat bestehend aus einer Matrix aus WC und einer Bindemittelphase aus einem Metall der Eisengruppe und einer Vielzahl von aufgebrachten Schichten bereitgestellt auf einer Oberfläche des Substrats, wobei (a) eine innerste Schicht neben dem Substrat, der aufgebrachten Schichten im Wesentlichen aus Titannitrid mit einer Dicke von 0,1 bis 3 μm, vorzugsweise 0,3 bis 1 μm besteht, welches des Weiteren mit einer Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, vorzugsweise 10 bis 50, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm, vorzugsweise 5 bis 15 μm beschichtet ist und des Weiteren mit wenigstens einer Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 10 μm, vorzugsweise 1 bis 8 μm beschichtet ist und (b) es wichtig ist, dass auf einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges des Werkzeugs wenigstens 50% der Enden der Risse an der Oberflächenseite in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche nicht zu der Oberfläche der aufgebrachten Schicht durchdringen. (c) Wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche weisen Enden der Risse auf, an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in einer Schicht oberhalb der Titannitridschicht oder in einer Zwischenfläche zwischen diesen Schichten, (d) eine mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder Spanfläche ist kürzer als eine mittlere Dicke der aufgebrachten Schicht auf der Spanfläche und (e) ein mittlerer Rissabstand in der Titankarbonnitridschicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche beträgt höchstens 10 μm. In diesem Fall ist es ein wichtiges Element, dass (f) ein mittlerer Rissabstand in der Aluminiumoxidschicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche wenigstens zweimal so groß ist wie ein mittlerer Rissabstand in der Titankarbonnitritschicht. In dem oben beschriebenen vierten Merkmal IV der vorliegenden Erfindung werden die Gründe des Spezifizierens von (a) bis (f) im Folgenden beschrieben:

(a) Der Grund, warum Titannitrid als innerste Schicht gewählt wird ist, dass das Titannitrid nicht nur eine ausgezeichnete Haftfestigkeit an einem Sinterkarbidmaterial aufweist, sondern auch eine ausgezeichnete Schichtqualität aufweist, welche in der Lage ist zu verhindern, dass Risse in der aufgebrachten Schicht zu dem Substrat durchdringen. Die Dicke der Schicht ist wie oben angegeben, denn wenn sie weniger als 0,1 μm beträgt, kann die Wirkung nicht erwartet werden, während wenn sie mehr als 3 μm beträgt, die Verschleißbeständigkeit verringert wird. Die Titankarbonnitridschicht oberhalb dieser wird vorzugsweise von dem Gesichtspunkt der Verschleißbeständigkeit aufgebracht und die Verwendung einer säulenartigen Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5 führt zu einer einfachen Einführung von Rissen und der Bildung eines zähen Filmes. Wenn das Aspektverhältnis in einem Bereich von 10 bis 50 μm liegt, können insbesondere ausgezeichnete Eigenschaften erwartet werden. Die Dicke der Schicht ist wie oben angegeben, wenn die Schicht weniger als 3 μm beträgt, wird die Wirkung der Verbesserung der Verschleißbeständigkeit gering, während wenn sie mehr als 30 μm beträgt, wird die Bruchbeständigkeit deutlich verringert. Die Aluminiumoxidschicht oberhalb dieser Schicht ist von dem Gesichtspunkt des Unterdrückens des Verschleißes auf der Spanfläche notwendig, wenn das Werkzeug Stählen mit hoher Schneidgeschwindigkeit unterworfen wird. Ist die Dicke kleiner als 0,5 μm, wird die Wirkung geringer, während wenn sie mehr als 10 μm beträgt, wird die Bruchbeständigkeit deutlich verringert.
(b) Wenn, von den Rissen in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche solche mit Rissenden an der Oberflächenseite, welche nicht zu der Oberfläche der aufgebrachten Schicht durchdringen, mit einem Anteil von wenigstens 50% vorhanden sind, kann ein Phänomen der schnellen Verschleißerhöhung aufgrund der Verschlechterung der Schichtqualität, Bruch der Schicht und Abblättern der Schicht, welche von einer hohen Temperatur während des Hochgeschwindigkeitsschneidens und anschließend durch die Oxidation der aufgebrachten Schicht erzeugt werden, unterdrückt werden können. Dies ist bevorzugt.
(c) Wenn von den Rissen in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche, solche mit Rissenden an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Zwischenfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur existieren, mit einem Anteil von wenigstens 50% vorhanden sind, ist der Anteil der Risse, welche zu dem Substrat durchdringen gering, so dass ein Phänomen unterdrückt werden kann, dass das Sinterkarbidsubstrat dazu neigt, durch die durch das Substrat durchgedrungenen Risse, welches eine spannungskonzentrierte Quelle ist, zu brechen oder zu zerbrechen, während des periodischen Schneidens oder das Sinterkarbid direkt unter der aufgebrachten Schicht bricht und blättert die aufgebrachte Schicht ab und verringert die Verschleißbeständigkeit. In diesem Fall ist ein Anteil von wenigstens 80% besonders bevorzugt. Aufgrund der oben beschriebenen Gründe umfasst diese Beschreibung auch einen Fall, bei welchem die Enden der Risse an der Substratseite in einer Zwischenfläche zwischen der innersten Titannitridschicht und dem Substrat vorhanden sind und nicht zu dem Substrat durchdringen.
(d) Wenn die mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche kürzer ist als die mittlere Dicke der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche, werden die Risse welche von der Oberfläche zu dem Substrat durchdringen verringert und ein Brechen des Sinterkarbidsubstrates aufgrund der Oxidation des Sinterkarbidsubstrates an den Enden der Risse, welche durch das Substrat während des Schneidens mit hoher Geschwindigkeit durchdringen, und eine Erhöhung des Verschleißes aufgrund des Abblätterns der Schicht kann unterdrückt werden. Dies ist bevorzugt.
(e) Wenn der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche höchstens 10 μm beträgt, und des Weiteren die Schneidspannung, welche auf den Grat der Schneidkante ausgeübt wird, daran gehindert werden kann, sich auf spezifische Rissenden zu konzentrieren, kann die Beanspruchung verteilt werden, so dass die Bruchbeständigkeit verbessert wird und es kann ein unnormaler Verschleiß unterdrückt werden und die Verschleißbeständigkeit verbessert werden. Dies ist besonders bevorzugt.
f) Wenn der mittlere Rissabstand in der Aluminiumoxidschicht, welche außerhalb der Titankarbonnitridschicht existiert, wenigstens zweimal so groß ist wie der mittlere Rissabstand in der Titankarbonnitridschicht, kann eine Verschlechterung der Schichtqualität aufgrund der Oxidation der Titankarbonnitridschicht während des Hochgeschwindigkeitsschneidens, das Brechen der Schicht und das Phänomen der Verschleißerhöhung aufgrund vom Abblättern des Filmes unterdrückt werden, durch eine Wirkung der Verbesserung der mechanischen Festigkeit, erhalten durch das Einführen einer Anzahl von Rissen in die Titankarbonnitridschicht und einen breiteren Rissabstand eingeführt in die Aluminiumoxidschicht, wodurch sowohl die Bruchbeständigkeit als auch die Verschleißbeständigkeit erfüllt werden können.

Bei der vorliegenden Erfindung können die Risse in den aufgebrachten Schichten auf dem Grat der Schneidkante auf eine mechanische Weise nach dem Beschichten eingeführt werden und das beschichtete Sinterkarbidschneidwerkzeug der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, indem das Maß eines mechanischen Stoßes gesteuert wird. Als Mittel, um solch einen mechanischen Stoß zu verleihen, werden zusätzlich zum Blasen Verfahren, wie das Polieren mittels einer Bürste mit haftenden Schleifkörnern oder durch ein elastisches Schleifrad durch Trommelbehandlung etc., eingesetzt. In dem Fall, dass solch eine Behandlung für ein Werkzeug mit einem Loch durchgeführt wird, besteht eine Tendenz, Unterschiede in den Risszuständen zwischen einer aufgebrachten Schicht auf einer Innenfläche in dem Loch und anderen aufgebrachten Schichten auf einer Spanfläche, Grat der Schneidkante und Freifläche zu erzeugen, da die aufgebrachte Schicht auf der Innenfläche in dem Loch schlecht zu behandeln ist.
Wenn die vorgenannte Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur durch ein CVD Verfahren beschichtet wird, umfassend die Verwendung einer Organo CN-Verbindung als ein Reaktionsgas, wie Acetonitril (CH₃CN), Succinonitril, Tolunitril, Acrylonitril, Butyronitril oder dergleichen bei einer Temperatur von 800 bis 1.000°C, neigt die Titankarbonnitridschicht dazu, eine säulenartige Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5 anzunehmen, in welche die Risse der vorliegenden Erfindung einfach eingeführt werden können. Dieses Verfahren ist besonders bevorzugt.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Detail ohne Beschränkung derselben beschrieben.
(Beispiel 1)
Ein Sinterkarbidpulver mit einer Zusammensetzung umfassend, in Bezug auf das Gewicht, 86% WC-3% TaC-1% NbC-2% TiC-1% ZrC-7% Co wurde gepresst, in Vakuum bei 1.400°C 1 Stunde gesintert und einer Oberflächenschleifbehandlung und Schneidkantenbehandlung unterworfen, um einen Sinterkarbideinsatz mit einer Form Nr. ISO und einer Form von CNMG 120408 herzustellen. Dieser Einsatz wurde mit den folgenden drei Arten von aufgebrachten Schichten beschichtet, in der Reihenfolge ausgehend von der unteren Schicht durch ein CVD-Verfahren:
Schichtqualität (1): 0,5 μm TiC – 10 μm TiCN (Aspektverhältnis 3) – 0,5 μm TiBN – 2 μm α-Aluminiumoxid (gesamte Schichtdicke 13 μm)
Schichtqualität (2): 0,5 μm TiN – 10 μm TiCN (Aspektverhältnis 3) – 0,5 μm TiBN – 2 μm α-Aluminiumoxid (gesamte Schichtdicke 13 μm)
Schichtqualität (3): 0,5 μm TiN – 10 μm TiCN (Aspektverhältnis 7) – 0,5 μm TiBN – 2 μm α-Aluminiumoxid (gesamte Schichtdicke 13 μm)
Wenn eine TiCN Schicht der Schichtqualität (3) aufgebracht wird, wurde Acetonitril als eine Organo CN Verbindung verwendet und bei 900°C aufgebracht, um eine TiCN Schicht mit säulenartiger Struktur und einem Aspektverhältnis von ungefähr 7 zu bilden. Jede Schichtqualität wurde, unter Verwendung von H₂S Gas als ein zusätzliches Gas gebildet, wenn eine Aluminiumoxidschicht auf solch eine Weise aufgebracht wurde, dass die Schichtdicke auf dem Grat der Schneidkante und dem zentralen Teil der Freifläche gleichmäßig war. Bei jeder Schichtqualität betrug daher die Dicke der aufgebrachten Schicht ungefähr 13 μm über die gesamte Spanfläche, dem Grat der Schneidkante und den zentralen Teil der Freifläche.
Des Weiteren wurde die Oberfläche des beschichteten Sinterkarbids einem Kugelblasen bzw. Abblasen unterworfen, während die Größe, Aufprallgeschwindigkeit, Aufprallwinkel und Aufpralldauer der Eisenkugel geändert wurde, um Einsatzproben herzustellen, welche sich im Risszustand in den aufgebrachten Schichten unterschieden, wie in Tabelle 1 dargestellt. Der Zustand der Risse in der aufgebrachten Schicht wurde quantifiziert, indem jede Probe der beschichteten Sinterkarbide mit einer Diamantscheibe zerschnitten wurden, in einem Harz auf solch eine Weise eingebettet wurde, dass die Schnittoberfläche gut sichtbar war, die Schnittoberfläche einem Oberflächenschleifen mit einer Dicke von ungefähr 300 μm unterworfen wurde, unter Verwendung einer Diamantscheibe Nr. 140 als Schleifscheibe unter den Bedingungen einer Schleifgeschwindigkeit von 30 m/sec., Zuführgeschwindigkeit von 20 cm/sec., Schnitttiefe von 4 μm (anfänglicher Zustand), 2 μm (mittlerer Zustand) und 1 μm (späterer Zustand), des Weiteren raues Polieren mit einer Polierscheibe mit Diamantenpaste Nr. 1.500 (mittlerer Korndurchmesser 11,5 bis 8,9 μm) und anschließend Fertigpolieren mit Diamantpaste Nr. 3.000 (mittlere Korngröße 5,9 bis 4,7 μm, JIS R 6001) und Beobachten der fertigpolierten Oberfläche unter Verwendung eines optischen Mikroskops mit einer 1.500-fachen Vergrößerung.
Unter Verwendung dieser Einsätze wurde ein Werkstück aus SCM 435, welches in 5 dargestellt ist (runder Stab bereitgestellt mit vier Nuten für periodisches Schneiden), einem Schneiden unter den folgenden Bedingungen unterworfen, um die Bruchbeständigkeit jeder Werkzeugprobe zu bestimmen, und ein Verschleißbeständigkeitstest 1 wurde an einem Werkstück SCM 435 unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Bruchfestigkeitstest 1

Schneidgeschwindigkeit 150 m/min

Zuführung 0,4 mm/je Umdrehung

Schneidtiefe 2 mm

Schneidöl trockenes Verfahren

Verwendeter Halter PCLNR 2525-43
Eine Beurteilung der Betriebsdauer wurde zu einem Zeitpunkt durchgeführt, zu dem ein Bruch auftrat und die Lebensdauer wurde anhand des Durchschnitts von vier Ecken gemessen. Verschleißbeständigkeitstest 1

Schneidgeschwindigkeit 300 m/min

Zufuhr 0,3 mm/je Umdrehung

Schneidtiefe 1,5 mm

Schneiddauer 30 Minuten

Schneidöl nasses Verfahren

verwendeter Halter PCLNR 2525-43
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt, aus welchen deutlich wird, dass die Einsätze der vorliegenden Erfindung, die Proben Nr. 1-6 und 1-8 bis 1-13, bei welchen die Schichtqualitäten (2) und (3) die aus 0,5 μm TiN bestehende unterste Schicht umfassen und auf dieser eine 10 μm TiCN Schicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von 3 bis 7 [welche in der Lage ist, das Konstruktionselement (a) der vorgenannten Erfindung (1) zu erfüllen] und wobei der Zustand der Risse die Konstruktionselemente (b), (c) und (d) der vorgenannten Erfindung (1) erfüllen, eine bessere Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit zeigten, im Vergleich mit den Proben Nr. 1-1 bis 1-3, deren unterste Schicht nicht aus TiN bestand und Probe Nr. 1-4, 1-5, 1-7 und 1-14 bis 1-16, welche aus den Schichtqualitäten (2) und (3) bestanden, welche jedoch keines der Konstruktionselemente (b), (c) und (d) erfüllten.
Von allen zeigten die Proben 1-9 bis 1-12, welche im Umfang der vorliegenden Erfindung lagen, bei welchen der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante höchstens 10 μm beträgt, insbesondere eine bessere Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Des Weiteren zeigten die Proben 1-10, 1-11 und 1-12, welche in dem Umfang der vorliegenden Erfindung lagen, und welche einen Wert von Y/X von wenigstens 2 aufwiesen (mittlerer Rissabstand X in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und mittlerer Rissabstand Y in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche), eine besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Tabelle 2
(Beispiel 2)
Ein Einsatz aus dem gleichen Sinterkarbid mit einer Form Nr. ISO und einer Gestalt CNMG 120408, wie die in Beispiel 1, wurde hergestellt. Dieser Einsatz wurde mit einer Schichtqualität (3) beschichtet, wie in Beispiel 1 beschrieben, und einer Blasbehandlung der Oberfläche des beschichteten Sinterkarbids unterworfen, unter Verwendung von Eisenpulver mit ungefähr 100 μm Korngröße von der Spanfläche, während eine Aufprallgeschwindigkeit des Eisenpulvers geändert wurde, um unterschiedliche Einsätze herzustellen, die sich in dem Risszustand der aufgebrachten Schicht unterschieden, wie in Tabelle 3 dargestellt. Unter Verwendung dieser Einsätze wurde der gleiche Schneidtest wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Die Resultate sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Einsätze der Proben Nr. 2-3 bis 2-7, welche innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung lagen, zeigten alle ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit und von allen zeigten die Proben Nr. 2-5, 2-6 und 2-7, bei welchen ein Anteil, das die Rissenden an der Substratseite in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante in der innersten Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht enden, 80% beträgt, besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit wie auch Verschleißbeständigkeit aufweist.
Tabelle 4
(Beispiel 3)
Ein Einsatz aus dem gleichen Sinterkarbids mit einer Form Nr. von ISO und einer Gestalt CNMG 120408 wie in Beispiel 1, wurde hergestellt. Dieser Einsatz wurde anschließend mit der folgenden aufgebrachten Schichtqualität (4) beschichtet, in der Reihenfolge von der unteren Schicht:
Schichtqualität (4): 1 μm TiN – 7 μm TiCN (Aspektverhältnis 5–20) – 2 μm TiC – 5 μm κ-Aluminiumoxid (gesamte Schichtdicke 15 μm)

Die TiCN Schicht wurde hergestellt, indem die Beschichtung unter Verwendung von Acetonnitril, Stickstoffgas, TiCl₄ und Wasserstoffgas als ein Ausgangsgas oder Trägergas bewirkt wurde, während die Beschichtungstemperatur innerhalb eines Bereiches von 800–1.000°C während der Beschichtung verändert wurde, der Druck und die Gaszusammensetzung während der Beschichtung und des Weiteren in einem Ofen verändert wur de, um ein Aspektverhältnis zwischen 5 und 20 zu erzielen. Zusätzlich wurde die Freifläche jeder Probe der resultierenden Werkzeuge maskiert und anschließend einer Blasbehandlung mit einem Eisenpulver von der Spanflächenseite unterworfen, während eine Aufprallgeschwindigkeit des Eisenpulvers geändert wurde, um verschiedene Einsätze herzustellen, welche sich in dem Risszustand der aufgebrachten Schicht unterschieden, wie in Tabelle 5 dargestellt. Unter Verwendung dieser Einsätze wurde der gleiche Schneidtest und Verschleißbeständigkeitstest 2 wie in Beispiel 1 durchgeführt.

Verschleißbeständigkeitstest 2

Werkstück	Werkstück aus FCD 700 mit unterbrochener Gestalt, welche in Fig. 5 dargestellt ist
Schneidgeschwindigkeit:	200 m/min
Zufuhr:	0,3 mm/je Umdrehung
Schneidtiefe:	1,5 mm
Schneiddauer:	10 Minuten
Schneidöl:	nasses Verfahren
verwendeter Halter:	PCLNR 2525-43

Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt. Aus dieser Tabelle wird deutlich, dass die Einsätze der vorliegenden Erfindung, die Proben Nr. 3-3 bis 3-9, ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit aufweisen, dass jedoch die Einsätze der Proben Nr. 3-5 bis 3-9, bei welchen die Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante, deren Rissenden in der aufgebrachten Schichtoberflächenseite nicht in die aufgebrachte Schichtoberfläche durchdringen, ein Anteil von wenigstens 50% aufweisen, besonders ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit zeigen, bei dem Verschleißbeständigkeitstest 1, als ein Hochgeschwindigkeits-Schneidtest. Des Weiteren zeigen die Einsätze der Proben Nr. 3-7 bis 3-9, bei welchen von den Rissen in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante, solche die nur in der Titankarbonnitridschicht mit säulenartiger Struktur existieren und nicht zu den oberen und unteren aufgebrachten Schichten durchdringen, in einem Anteil von wenigstens 50% vorhanden sind, ausgezeichnete Leistung in dem Bruchbeständigkeitstest 1 und dem Verschleißbeständigkeitstest 2, um eine Tendenz des Filmabblätterns durch Stöße bei einem periodischen Schneiden zu zeigen.
Tabelle 6
(Beispiel 4)
Ein Sinterkarbidpulver mit einer Zusammensetzung umfassend in Bezug auf das Gewicht, 86% WC – 1% TaC – 1% NbC – 3% TiC – 2% ZrCN – 7% Co wurden gepresst, in Vakuum bei 1.400°C für 1 Stunde gesintert und einem Oberflächen-Schleifverfahren und Schneidkantenbehandlung unterworfen, um einen Sinterkarbideinsatz mit einer Form Nr. ISO und einer Gestalt CNMG 120408 herzustellen. Wenn ein Querschnitt dieses Sinterkarbides spiegelpoliert wurde und das Mikrogefüge durch ein optisches Mikroskop beobachtet wurde, wurde bestätigt, dass eine β-freie Schicht von ungefähr 25 μm Dicke auf der Legierungsoberfläche und eine Fläche mit einer höheren Härte im Inneren der Legierung direkt unter der β-freien Schicht gebildet werden konnte. Dieser Einsatz und der Einsatz mit keiner β-freien Schicht auf der Legierungsoberfläche, hergestellt in Beispiel 1, wurden mit der Schichtqualität (3), welche in Beispiel 1 aufgebracht wurde, beschichtet.
Des Weiteren wurde die Oberfläche dieses beschichteten Sinterkarbids einer Blasbehandlung unter Verwendung einer Eisenkugel auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 unterworfen, während die Größe, Aufprallgeschwindigkeit, Aufprallwinkel und Aufpralldauer der Eisenkugel geändert wurde, um Einsatzproben herzustellen, die sich in dem Risszustand der aufgebrachten Schichten unterschieden, wie in Tabelle 7 dargestellt.
Unter Verwendung dieser Einsätze, wurden Bruchbeständigkeitstests 1 und der Verschleißbeständigkeitstest 1 auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Resultate sind in Tabelle 8 dargestellt. Die Einsätze der vorliegenden Erfindung, das heißt die Proben Nr. 4-1 bis 4-4, zeigten alle eine ausgezeichnete Bruchbeständigkeit wie auch Verschleißbeständigkeit und darüber hinaus zeigten die Proben Nr. 4-3 und 4-4, die jeweils eine β-freie Schicht auf der Legierungsoberfläche aufwiesen, besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit im Vergleich mit Proben Nr. 4-1 und 4-2, welche keine β-freie Schicht aufwies.
Tabelle 8
(Beispiel 5)
Die folgende Schichtqualität (5) wurde auf die Oberfläche des Sinterkarbids aufgebracht, welches in Beispiel 4 hergestellt wurde. Des Weiteren wurde die Oberfläche dieses beschichteten Sinterkarbids unter Verwendung einer Nr. 400 Diamant-haftenden Bürste von der Spanflächenseite poliert, während die Drehgeschwindigkeit der Bürste, die Bürstenshneidtiefe und die Qualität eines Schleiföles geändert wurden, um Einsätze herzustellen, die sich in dem Risszustand in der aufgebrachten Schicht unterschieden, wie in Tabelle 9 dargestellt. Unter Verwendung dieser Einsätze wurde anschließend der gleiche Bruchbeständigkeitstest wie in Beispiel 1 durchgeführt und ein Werkstück SCM 415 wurde dem Verschleißbeständigkeitstest 3 und 4 unter folgenden Schneidbedingungen unterworfen, wie in Tabelle 10 dargestellt.
Schichtqualität 5: 0,3 μm TiN – 0,4 μm TiBN – 6 μm α-Al₂O₃ – 0,3 μm TiCNO – 10 μm TiCN (Aspektverhältnis 10) – 0,5 μm AlON – 1,5 μm κ-Al₂O₃, (gesamte Schichtdicke 19 μm).
Tabelle 10
Die Resultate sind in Tabelle 11 dargestellt. Aus den Ergebnissen in Tabelle 11 wird deutlich, dass die Proben Nr. 5-3 bis 5-8, gemäß der vorliegenden Erfindung, eine viel bessere Verschleißbeständigkeit und Bruchbeständigkeit aufweisen, im Vergleich mit den Proben Nr. 5-1 und 5-2.
Von allen zeigten die Proben Nr. 5-6, 5-7 und 5-8, bei welchen ein Anteil der Risse, die nur in der TiCN Schicht vorhanden sind, 50% überschreitet, eine besonders ausgezeichnete Leitung beim Hochgeschwindigkeitsschneiden.
Tabelle 11
(Beispiel 6)
Ein Sinterkarbidpulver mit einer Zusammensetzung umfassend, in Bezug auf das Gewicht, 87% WC – 4% TiC – 2% ZrC – 7% Co wurde gepresst, in Vakuum bei 1.400°C 1 Stunde gesintert und einer Oberflächenschleifbehandlung und Schneidkantenbehandlung unterworfen, um einen Sinterkarbideinsatz mit einer Form Nr. ISO und einer Form von CNMG 120408 herzustellen. Dieser Einsatz wurde mit den folgenden drei Arten von aufgebrachten Schichten beschichtet, in der Reihenfolge ausgehend von der unteren Schicht durch ein CVD-Verfahren:
Schichtqualität (6): 0,3 μm TiC – 8 μm TiCN (Aspektverhältnis 3) – 0,5 μm TiCNO – 1,7 μm κ-Aluminiumoxid – 0,5 μm TiN (gesamte Schichtdicke 11 μm)
Schichtqualität (7): 0,3 μm TiN – 8 μm TiCN (Aspektverhältnis 3) – 0,5 μm TiCNO – 1,7 μm κ-Aluminiumoxid – 0,5 μm TiN (gesamte Schichtdicke 11 μm)
Schichtqualität (8): 0,3 μm TiN – 8 μm TiCN (Aspektverhältnis 7) – 0,5 μm TiCNO – 1,7 μm κ-Aluminiumoxid – 0,5 μm TiN (gesamte Schichtdicke 11 μm)
Wenn eine TiCN Schicht der Schichtqualität (8) aufgebracht wird, wurde Acetonitril als eine Organo CN Verbindung verwendet und bei 900°C aufgebracht, um eine TiCN Schicht mit säulenartiger Struktur und einem Aspektverhältnis von ungefähr 7 zu bilden. Jede Schichtqualität wurde, unter Verwendung von H₂S Gas als ein zusätzliches Gas gebildet, wenn eine Aluminiumoxidschicht auf solch eine Weise aufgebracht wurde, dass die Schichtdicke auf dem Grat der Schneidkante und dem zentralen Teil der Freifläche gleichmäßig war. Bei jeder Schichtqualität betrug daher die Dicke der aufgebrachten Schicht ungefähr 10 μm über die gesamte Spanfläche, dem Grat der Schneidkante und den zentralen Teil der Freifläche.
Des Weiteren wurde die Oberfläche des beschichteten Sinterkarbids einem Kugelblasen bzw. Abblasen unterworfen, während die Größe, Aufprallgeschwindigkeit, Aufprallwinkel und Aufpralldauer der Eisenkugel geändert wurde, um Einsatzproben herzustellen, welche sich im Risszustand in den aufgebrachten Schichten unterschieden, wie in Tabelle 12 dargestellt. Der Zustand der Risse in der aufgebrachten Schicht wurde quantifiziert, indem jede Probe der beschichteten Sinterkarbide mit einer Diamantscheibe zerschnitten wurden, in einem Harz auf solch eine Weise eingebettet wurde, dass die Schnittoberflä che gut sichtbar war, die Schnittoberfläche einem Oberflächenschleifen mit einer Dicke von ungefähr 300 μm unterworfen wurde, unter Verwendung einer Diamantscheibe Nr. 140 als Schleifscheibe unter den Bedingungen einer Schleifgeschwindigkeit von 30 m/sec., Zuführgeschwindigkeit von 20 cm/sec., Schnitttiefe von 4 μm (anfänglicher Zustand), 2 μm (mittlerer Zustand) und 1 μm (späterer Zustand), des Weiteren raues Polieren mit einer Polierscheibe mit Diamantenpaste Nr. 1.500 (mittlerer Korndurchmesser 11,5 bis 8,9 μm) und anschließend Fertigpolieren mit Diamantpaste Nr. 3.000 (mittlere Korngröße 5,9 bis 4,7 μm, JIS R 6001) und Beobachten der fertigpolierten Oberfläche unter Verwendung eines optischen Mikroskops mit einer 1.500-fachen Vergrößerung.
Unter Verwendung dieser Einsätze wurde ein Werkstück aus SCM 435, welches in 5 dargestellt ist (runder Stab bereitgestellt mit vier Nuten für periodisches Schneiden), einem Schneiden unter den folgenden Bedingungen unterworfen, um die Bruchbeständigkeit jeder Werkzeugprobe zu bestimmen, und ein Verschleißbeständigkeitstest 5 wurde an einem Werkstück SCM 435 unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Bruchfestigkeitstest 2

Schneidgeschwindigkeit 100 m/min

Zuführung 0,3 mm/je Umdrehung

Schneidtiefe 2 mm

Schneidöl trockenes Verfahren

Verwendeter Halter PCLNR 2525-43
Eine Beurteilung der Betriebsdauer wurde zu einem Zeitpunkt durchgeführt, zu dem ein Bruch auftrat und die Lebensdauer wurde anhand des Durchschnitts von vier Ecken gemessen. Verschleißbeständigkeitstest 5

Schneidgeschwindigkeit 260 m/min

Zufuhr 0,35 mm/je Umdrehung

Schneidtiefe 1,5 mm

Schneiddauer 30 Minuten

Schneidöl nasses Verfahren

verwendeter Halter PCLNR 2525-43
Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 dargestellt, aus welchen deutlich wird, dass die Einsätze der vorliegenden Erfindung, die Proben Nr. 6-6, 6-10, 6-11 und 6-14, bei welchen die Schichtqualitäten (7) und (8) die aus 0,3 μm TiN bestehende unterste Schicht umfassen und auf dieser eine 8 μm TiCN Schicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von 3 bis 7 [welche in der Lage ist, das Konstruktionselement (a) der vorgenannten Erfindung (14) zu erfüllen] und wobei die Konstruktionselemente (b), (c), (d) und (e) der vorgenannten Erfindung (14) erfüllt sind, eine bessere Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit zeigten, im Vergleich mit den Proben Nr. 6-1 bis 6-3, deren unterste Schicht nicht aus TiN bestand und Probe Nr. 6-4, 6-5, 6-7, 6-8, 6-9, 6-12, 6-13, 6-15 und 6-16, welche aus den Schichtqualitäten (7) und (8) bestanden, welche jedoch keines der Konstruktionselemente (b), (c), (d) und (e) erfüllten.
Von allen zeigten die Proben 6-10, 6-11 und 6-14, bei welchen der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante höchstens 10 μm beträgt, insbesondere eine bessere Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Des Weiteren zeigten die Proben 6-10 und 6-11, welche einen Wert von Y/X von wenigstens 5 aufwiesen (mittlerer Rissabstand X in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und mittlerer Rissabstand Y in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche), eine besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Tabelle 13
(Beispiel 7)
Ein Einsatz aus dem gleichen Sinterkarbid mit einer Form Nr. ISO und einer Gestalt CNMG 120408, wie die in Beispiel 6, wurde hergestellt. Dieser Einsatz wurde mit einer Schichtqualität (8) beschichtet, wie in Beispiel 6 beschrieben, und einer Blasbehandlung der Oberfläche des beschichteten Sinterkarbids unterworfen, unter Verwendung einer Nylonbürste, in welche Nr. 800 Diamantschleifkörper eingebettet waren, von der Spanflächenseite aus, auf solch eine Weise, dass die Aluminiumoxidschicht auf wenigstens einem Teil des Grates der Schneidkante entfernt wurde, um unterschiedliche Einsätze herzustellen, die sich in dem Risszustand der aufgebrachten Schicht unterschieden, wie in Tabelle 14 dargestellt. Unter Verwendung dieser Einsätze wurde der gleiche Schneidtest wie in Beispiel 6 durchgeführt.
Die Resultate sind in Tabelle 15 dargestellt. Die Einsätze der Proben Nr. 7-3 bis 7-7, welche innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung lagen, zeigten alle ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit und von allen zeigten die Proben Nr. 7-6 und 7-7, bei welchen ein Anteil, das die Rissenden an der Substratseite in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante in der innersten Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht enden, 80% beträgt, besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit wie auch Verschleißbeständigkeit aufweist.
Tabelle 15
(Beispiel 8)
Ein Einsatz aus dem gleichen Sinterkarbids mit einer Form Nr. von ISO und einer Gestalt CNMG 120408 wie in Beispiel 6, wurde hergestellt. Dieser Einsatz wurde anschließend mit der folgenden aufgebrachten Schichtqualität (9) beschichtet, in der Reihenfolge von der unteren Schicht:
Schichtqualität (9): 1 μm TiN – 7 μm TiCN – 3 μm TiC – 2 μm α-Aluminiumoxid (gesamte Schichtdicke 15 μm)

Die TiCN Schicht wurde hergestellt, indem die Beschichtung unter Verwendung von Acetonnitril, Stickstoffgas, TiCl₄ und Wasserstoffgas als ein Ausgangsgas oder Trägergas bewirkt wurde, während die Beschichtungstemperatur innerhalb eines Bereiches von 8000–1.000°C während der Beschichtung verändert wurde, der Druck und die Gaszusammensetzung während der Beschichtung und des Weiteren in einem Ofen verändert wur de, um ein Aspektverhältnis zwischen 5 und 20 zu erzielen. Zusätzlich wurde die Oberfläche jeder Probe der resultierenden Werkzeuge einer Oberflächenbehandlung von der Spanfläche aus mit einem elastischen Schleifrad unterworfen, in welches abschleifende SiC Körner mit #1200 eingebettet waren, um verschiedene Einsätze herzustellen, welche sich in dem Risszustand der aufgebrachten Schicht unterschieden, wie in Tabelle 16 dargestellt. Unter Verwendung dieser Einsätze wurde der gleiche Schneidtest und Verschleißbeständigkeitstest 6 wie in Beispiel 6 durchgeführt.

Verschleißbeständigkeitstest 6

Werkstück	Werkstück aus FCD 700 mit unterbrochener Gestalt, welche in Fig. 5 dargestellt ist
Schneidgeschwindigkeit:	150 m/min
Zufuhr:	0,35 mm/je Umdrehung
Schneidtiefe:	1,5 mm
Schneiddauer:	10 Minuten
Schneidöl:	nasses Verfahren
verwendeter Halter:	PCLNR 2525-43

Die Ergebnisse sind in Tabelle 17 dargestellt. Aus dieser Tabelle wird deutlich, dass die Einsätze der vorliegenden Erfindung, die Proben Nr. 8-3 bis 8-7, ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit aufweisen, dass jedoch die Einsätze der Proben Nr. 8-4 bis 8-7, bei welchen die aufgebrachte Schicht A, mit freigelegter Oberfläche, in einem Bereich, auf welchem die Aluminiumoxidschicht entfernt wurde, aus einer Titankarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm bestand, noch bessere leistung bei dem Bruchbeständigkeitstest 2 und Verschleißbeständigkeitstest 6 zeigten, und eine Tendenz aufweisen, das bei einem unterbrochenem Schneiden durch die Stöße ein Schichtablätteren auftritt. Die Einsätze der Proben Nr. 8-5 bis 8-7, bei welchen die Rissabstände in der aufgebrachten Schicht A in dem Bereich von 0,5 bis 5 μm lagen, zeigten eine besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Tabelle 17
(Beispiel 9)
Ein Sinterkarbidpulver mit einer Zusammensetzung umfassend in Bezug auf das Gewicht, 87% WC – 4% TiC – 2% ZrCN – 7% Co wurden gepresst, in Vakuum bei 1.400°C für 1 Stunde gesintert und einem Oberflächen-Schleifverfahren und Schneidkantenbehandlung unterworfen, um einen Sinterkarbideinsatz mit einer Form Nr. ISO und einer Gestalt CNMG 120408 herzustellen. Wenn ein Querschnitt dieses Sinterkarbides spiegelpoliert wurde und das Mikrogefüge durch ein optisches Mikroskop beobachtet wurde, wurde bestätigt, dass eine β-freie Schicht von ungefähr 25 μm Dicke auf der Legierungsoberfläche und eine Fläche mit einer höheren Härte im Inneren der Legierung direkt unter der β-freien Schicht gebildet werden konnte. Dieser Einsatz und der Einsatz mit keiner β-freien Schicht auf der Legierungsoberfläche, hergestellt in Beispiel 6, wurden auf der aufgebrachten Schicht beschichtet, beschichtet in Beispiel 8.
Des Weiteren wurde die Oberfläche dieses beschichteten Sinterkarbids einer Blasbehandlung unter Verwendung einer Eisenkugel auf gleiche Weise wie in Beispiel 6 unterworfen, während die Größe, Aufprallgeschwindigkeit, Aufprallwinkel und Aufpralldauer der Eisenkugel geändert wurde, um Einsatzproben herzustellen, die sich in dem Risszustand der aufgebrachten Schichten unterschieden, wie in Tabelle 18 dargestellt.
Unter Verwendung dieser Einsätze, wurden Bruchbeständigkeitstests 2 und die Verschleißbeständigkeitstest 5 und 6 auf ähnliche Weise wie in den Beispielen 6 und 8 durchgeführt. Die Resultate sind in Tabelle 19 dargestellt. Die Einsätze der vorliegenden Erfindung, die Proben Nr. 9-1 bis 9-6, zeigten alle eine ausgezeichnete Bruchbeständigkeit wie auch Verschleißbeständigkeit und darüber hinaus zeigten die Proben Nr. 9-4 und 9-6, die jeweils eine β-freie Schicht auf der Legierungsoberfläche aufwiesen, besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit im Vergleich mit den Proben Nr. 9-1 bis 9-3, welche keine β-freie Schicht aufwies. Darüber hinaus wird bestätigt, das die Einsätze der Proben Nr. 9-5 und 9-6, bei welchen der Anteil der Risse, die nur in der TiCN Schicht mit säulenartiger Struktur vorhanden, wenigstens 50% beträt eine bsaonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit aufwiesen.
Tabelle 19
(Beispiel 10)
Ein Sinterkarbidpulver mit einer Zusammensetzung umfassend, in Bezug auf das Gewicht, 90 WC – 3% Ti – 1% ZrC – 7% Co wurde gepresst, in Vakuum bei 1.400°C 1 Stunde gesintert und einer Oberflächenschleifbehandlung und Schneidkantenbehandlung unterworfen, um einen Sinterkarbideinsatz mit einer Form Nr. ISO und einer Form von CNMG 120408 herzustellen. Dieser Einsatz wurde mit den folgenden drei Arten von aufgebrachten Schichten beschichtet, in der Reihenfolge ausgehend von der unteren Schicht durch ein CVD-Verfahren:
Schichtqualität (10) 0,3 μm TiC – 5,7 μm TiCN (Aspektverhältnis 3) – 0,5 μm TiCNO – 4 μm α-Aluminiumoxid – 0,5 μm TiN (gesamte Schichtdicke 11 μm)
Schichtqualität (11) 0,3 μm TiN – 5,7 μm TiCN (Aspektverhältnis 3) – 0,5 μm TiCNO – 4 μm α-Aluminiumoxid – 0,5 μm TiN (gesamte Schichtdicke 11 μm)
Schichtqualität (12), 0,3 μm TiN – 5,7 μm TiCN (Aspektverhältnis 7) – 0,5 μm TiCNO – 4 μm α-Aluminiumoxid – 0,5 μm TiN (gesamte Schichtdicke 11 μm)
Wenn eine TiCN Schicht der Schichtqualität (12) aufgebracht wird, wurde Acetonitril als eine Organo CN Verbindung verwendet und bei 900°C aufgebracht, um eine TiCN Schicht mit säulenartiger Struktur und einem Aspektverhältnis von ungefähr 7 zu bilden. Jede Schichtqualität wurde, unter Verwendung von H₂S Gas als ein zusätzliches Gas gebildet, wenn eine Aluminiumoxidschicht auf solch eine Weise aufgebracht wurde, dass die Schichtdicke auf dem Grat der Schneidkante und dem zentralen Teil der Freifläche gleichmäßig war. Bei jeder Schichtqualität betrug daher die Dicke der aufgebrachten Schicht ungefähr 11 μm über die gesamte Spanfläche, dem Grat der Schneidkante und den zentralen Teil der Freifläche.
Des Weiteren wurde die Oberfläche des beschichteten Sinterkarbids einem Kugelblasen bzw. Abblasen unterworfen, während die Größe, Aufprallgeschwindigkeit, Aufprallwinkel und Aufpralldauer der Eisenkugel geändert wurde, um Einsatzproben herzustellen, welche sich im Risszustand in den aufgebrachten Schichten unterschieden, wie in Tabelle 20 dargestellt. Der Zustand der Risse in der aufgebrachten Schicht wurde quantifiziert, indem jede Probe der beschichteten Sinterkarbide mit einer Diamantscheibe zerschnitten wurden, in einem Harz auf solch eine Weise eingebettet wurde, dass die Schnittoberfläche gut sichtbar war, die Schnittoberfläche einem Oberflächenschleifen mit einer Dicke von ungefähr 300 μm unterworfen wurde, unter Verwendung einer Diamantscheibe Nr. 140 als Schleifscheibe unter den Bedingungen einer Schleifgeschwindigkeit von 30 m/sec., Zuführgeschwindigkeit von 20 cm/sec., Schnitttiefe von 4 μm (anfänglicher Zustand), 2 μm (mittlerer Zustand) und 1 μm (späterer Zustand), des Weiteren raues Polieren mit einer Polierscheibe mit Diamantenpaste Nr. 1.500 (mittlerer Korndurchmesser 11,5 bis 8,9 μm) und anschließend Fertigpolieren mit Diamantpaste Nr. 3.000 (mittlere Korngröße 5,9 bis 4,7 μm, JIS R 6001) und Beobachten der fertigpolierten Oberfläche unter Verwendung eines optischen Mikroskops mit einer 1.500-fachen Vergrößerung.
Die Anwesenheit oder Abwesenheit des Polierens der Al₂O₃ Schicht wird beurteilt, indem die aufgebrachte Schicht auf dem Grat der Schneidkante und dem zentralen Bereich der Freifläche durch ein SEM beobachtet wird und die Anwesenheit eines „Polierens" angenommen wird, wenn der Korndurchmesser oder die Korngrenze des Aluminiumoxids auf dem Grat der Schneidkante nur schwer unterschieden werden kann.
Unter Verwendung dieser Einsätze wurde ein Werkstück aus SCM 435, welches in 5 dargestellt ist (runder Stab bereitgestellt mit vier Nuten für periodisches Schneiden), einem Schneiden unter den folgenden Bedingungen unterworfen, um die Bruchbeständigkeit jeder Werkzeugprobe zu bestimmen, und ein Verschleißbeständigkeitstest 7 wurde an einem Werkstück SCM 435 unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Bruchfestigkeitstest 3

Schneidgeschwindigkeit 150 m/min

Zuführung 0,3 mm/je Umdrehung

Schneidtiefe 2 mm

Schneidöl trockenes Verfahren

Verwendeter Halter PCLNR 2525-43
Eine Beurteilung der Betriebsdauer wurde zu einem Zeitpunkt durchgeführt, zu dem ein Bruch auftrat und die Lebensdauer wurde anhand des Durchschnitts von vier Ecken gemessen. Verschleißbeständigkeitstest 7

Schneidgeschwindigkeit 250 m/min

Zufuhr 0,3 mm/je Umdrehung

Schneidtiefe 1,5 mm

Schneiddauer 30 Minuten

Schneidöl nasses Verfahren

verwendeter Halter PCLNR 2525-43
Die Ergebnisse sind in Tabelle 21 dargestellt, aus welchen deutlich wird, dass die Einsätze der vorliegenden Erfindung, die Proben Nr. 10-6, 10-10, 10-11 und 10-14, bei welchen die Schichtqualitäten (11) und (12) die aus 0,3 μm TiN bestehende unterste Schicht umfassen und auf dieser eine 5 μm TiCN Schicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von 3 bis 7 [welche in der Lage ist, das Konstruktionselement (a) der vorgenannten Erfindung (14) zu erfüllen] und wobei der Zustand der Risse die Konstruktionselemente (b), (c), (d) und (e) der vorgenannten Erfindung (14) erfüllen, eine bessere Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit zeigten, im Vergleich mit den Proben Nr. 10-1 bis 10-3, deren unterste Schicht nicht aus TiN bestand und Probe Nr. 10-4, 10-5, 10-7, 10-8, 10-9, 10-12, 10-13, 10-15 und 10-16, welche aus den Schichtqualitäten (11) und (12) bestanden, welche jedoch keines der Konstruktionselemente (b), (c), (d) und (e) erfüllten.
Von allen zeigten die Proben 10-10, 10-11 und 10-14, bei welchen der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante höchstens 10 um beträgt, insbesondere eine bessere Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Des Weiteren zeigten die Proben 10-10 und 10-11, welche in dem Umfang der vorliegenden Erfindung lagen, und welche einen Wert von Y/X von wenigstens 5 aufwiesen (mittlerer Rissabstand X in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und mittlerer Rissabstand Y in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche), eine besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Tabelle 21
(Beispiel 11)
Ein Einsatz aus dem gleichen Sinterkarbid mit einer Farm Nr. ISO und einer Gestalt CNMG 120408, wie die in Beispiel 1, wurde hergestellt. Dieser Einsatz wurde mit einer Schichtqualität (12) beschichtet, wie in Beispiel 1 beschrieben, und einer Oberflächenbehandlung der Oberfläche des beschichteten Sintercarbids unterworfen, unter Verwendung einer Nylonbürste, in welche Nr. 800 Diamantschleifkörper eingebettet waren, von der Spanfläche aus, in solch einer Weise um das Aluminiumoxid zu polieren, wobei die Rotationsgeschwindigkeit der Bürste, die Bürstenschneidtiefe, die Qualität des Schleiföls ect., verändert wurde, um verschiede Einsätze herzustellen, welche sich im Risszustand der aufgebrachten Schicht unterschieden, wie in Tabelle 12 gezeigt. Unter Verwendung dieser Einsätze wurde der gleiche Schneidtest wie in Beispiel 10 durchgeführt.
Die Resultate sind in Tabelle 23 dargestellt. Die Einsätze der Proben Nr. 11-3 bis 11-7, welche innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung lagen, zeigten alle ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit und von allen zeigten die Proben Nr. 11-6 und 11-7, bei welchen ein Anteil, das die Rissenden an der Substratseite in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante in der innersten Titannitridschicht und der Titankarbonnitridschicht enden, 80% beträgt, besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit wie auch Verschleißbeständigkeit aufweist.
Tabelle 23
(Beispiel 12)
Ein Einsatz aus dem gleichen Sinterkarbids mit einer Form Nr. von ISO und einer Gestalt CNMG 120408 wie in Beispiel 1, wurde hergestellt. Dieser Einsatz wurde anschließend mit der folgenden aufgebrachten Schichtqualität (13) beschichtet, in der Reihenfolge von der unteren Schicht:
Schichtqualität (13): 1 μm TiN – 4,5 μm TiCN – 0,5 μm TiC – 7 μm κ-Aluminiumoxid

Die TiCN Schicht wurde hergestellt, indem die Beschichtung unter Verwendung von Acetonnitril, Stickstoffgas, TiCl₄ und Wasserstoffgas als ein Ausgangsgas oder Trägergas bewirkt wurde, während die Beschichtungstemperatur innerhalb eines Bereiches von 800–1.000°C während der Beschichtung verändert wurde, der Druck und die Gaszusammensetzung während der Beschichtung und des Weiteren in einem Ofen verändert wurde, um ein Aspektverhältnis zwischen 5 und 20 zu erzielen. Zusätzlich wurde die Ober fläche jeder Probe der resultierenden Werkzeuge einer Oberflächenbehandlung von der Spanfläche aus mit einem elastischen Schleifrad unterworfen, in welches abschleifende SiC Körner mit #1200 eingebettet waren, um verschiedene Einsätze herzustellen, welche sich in dem Risszustand der aufgebrachten Schicht unterschieden, wie in Tabelle 24 dargestellt. Unter Verwendung dieser Einsätze wurde der gleiche Schneidtest und Verschleißbeständigkeitstest 8 wie in Beispiel 10 durchgeführt.

Verschleißbeständigkeitstest 8

Werkstück	Werkstück aus FCD 700 mit unterbrochener Gestalt, welche in Fig. 5 dargestellt ist
Schneidgeschwindigkeit:	180 m/min
Zufuhr:	0,3 mm/je Umdrehung
Schneidtiefe:	1,5 mm
Schneiddauer:	10 Minuten
Schneidöl:	nasses Verfahren
verwendeter Halter:	PCLNR 2525-43

Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 dargestellt. Aus dieser Tabelle wird deutlich, dass die Einsätze der vorliegenden Erfindung, die Proben Nr. 12-3 bis 12-7, ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit aufweisen, dass jedoch die Einsätze der Proben Nr. 12-4 bis 12-7, bei welchen die untere Schicht A, mit einem Bereich von dem die Aluminiumoxidschicht poliert wurde, aus einer Titankarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm bestand, noch bessere Leistung bei dem Bruchbeständigkeitstest 3 und Verschleißbeständigkeitstest 8 zeigten, und eine Tendenz aufweisen, das bei einem unterbrochenem Schneiden durch die Stöße ein Schichtablätteren auftritt. Die Einsätze der Proben Nr. 12-5 bis 12-7, bei welchen die Rissabstände in der aufgebrachten Schicht A in dem Bereich von 0,5 bis 5 μm lagen, zeigten eine besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit.
Tabelle 25
(Beispiel 13)
Ein Sinterkarbidpulver mit einer Zusammensetzung umfassend in Bezug auf das Gewicht, 90% WC – 3% TiC – 1% ZrC – 6% Co wurden gepresst, in Vakuum bei 1.400°C für 1 Stunde gesintert und einem Oberflächen-Schleifverfahren und Schneidkantenbehandlung unterworfen, um einen Sinterkarbideinsatz mit einer Form Nr. ISO und einer Gestalt CNMG 120408 herzustellen. Wenn ein Querschnitt dieses Sinterkarbides spiegelpoliert wurde und das Mikrogefüge durch ein optisches Mikroskop beobachtet wurde, wurde bestätigt, dass eine β-freie Schicht von ungefähr 20 μm Dicke auf der Legierungsoberfläche und eine Fläche mit einer höheren Härte im Inneren der Legierung direkt unter der β-freien Schicht gebildet werden konnte. Dieser Einsatz und der Einsatz mit keiner β-freien Schicht auf der Legierungsoberfläche, hergestellt in Beispiel 10, wurden mit der aufgebrachten Schicht, wie Probe 12-5 beschichtet, beschichtet in Beispiel 12.
Des Weiteren wurde die Oberfläche dieses beschichteten Sinterkarbids einer Blasbehandlung unter Verwendung einer Eisenkugel auf gleiche Weise wie in Beispiel 10 unterworfen, während die Größe, Aufprallgeschwindigkeit, Aufprallwinkel und Aufpralldauer der Eisenkugel geändert wurde, um Einsatzproben herzustellen, die sich in dem Risszustand der aufgebrachten Schichten unterschieden, wie in Tabelle 26 dargestellt.
Unter Verwendung dieser Einsätze, wurden Bruchbeständigkeitstests 3 und die Verschleißbeständigkeitstest 7 und 8 auf ähnliche Weise wie in den Beispielen 10 und 12 durchgeführt. Die Resultate sind in Tabelle 27 dargestellt. Die Einsätze der vorliegenden Erfindung, die Proben Nr. 13-1 bis 13-6, zeigten alle eine ausgezeichnete Bruchbeständigkeit wie auch Verschleißbeständigkeit und darüber hinaus zeigten die Proben Nr. 13-4 und 13-6, die jeweils eine β-freie Schicht auf der Legierungsoberfläche aufwiesen, besonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit im Vergleich mit den Proben Nr. 13-1 bis 13-3, welche keine β-freie Schicht aufwies. Darüber hinaus wird bestätigt, das die Einsätze der Proben Nr. 13-5 und 13-6, bei welchen der Anteil der Risse, die nur in der TiCN Schicht mit säulenartiger Struktur vorhanden, wenigstens 50% beträt eine bsaonders ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit aufwiesen.
Tabelle 27
(Beispiel 14)
Ein Einsatz aus dem gleichen Sinterkarbid mit einer Form Nr. von ISO und einer Gestalt CNMG 120408 wie in Beispiel 13, wurde hergestellt. Dieser Einsatz wurde anschließend mit der folgenden aufgebrachten Schichtqualität (14) beschichtet, in der Reihenfolge von der unteren Schicht:
Schichtqualität (14): 0,5 μm TiN – 5 μm TiCN – 0,3 μm TiBN – 9 μm Aluminiumoxid – 0,2 μm TiN,
wobei die Kristallphasen des Aluminiumoxids in zwei Arten, κ (Probe Nr. 14-1, 14-2 und 14-3) und α (Probe Nr. 14-4, 14-5 und 14-6) geändert wurde.
Die TiCN Schicht wurde unter Verwendung von Acetonitril aufgebracht und die Kristallphase der Aluminiumoxidschicht wurde in α und κ umgewandelt, durch Steuerung der Gase der Ausgangsmaterialien. Zusätzlich wurde jede Probe einer Behandlung mittels einer vibrierenden Walze unterworfen, um verschiedene Einsätze herzustellen, welche sich in dem Risszustand der aufgebrachten Schicht unterschieden, wie in Tabelle 28 dargestellt ist (Probe Nr. 14-1 bis 14-6). Unter Verwendung dieser Einsätze wurde der gleiche Schneidtest wie in Beispiel 12 durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 29 dargestellt.
Tabelle 29
Aus dieser Tabelle wird deutlich, dass die Einsätze der vorliegenden Erfindung, die Proben Nr. 14-2, 14-3, 14-5 und 14-6, ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit aufweisen. Von allen zeigten die Einsätze der Proben Nr. 14-5 bis 14-6, bei welchen Kristallphase des Aluminiumoxids den α-Typ aufweist, eine besonders ausgezeichnete Leistung bei allen Schneidtests und zeigten eine ausgezeichnete Leistung insbesondere bei dem Bruchbeständigkeitstest 3 unter Verwendung von Stahl und bei dem Verschleißbeständigkeitstest 8 unter Verwendung von duktilem Gußeisen.
(Beispiel 15)
Ein Einsatz aus dem gleichen Sinterkarbid mit einer Form Nr. von ISO und einer Gestalt CNMG 120408 wie in Beispiel 13, wurde hergestellt. Dieser Einsatz wurde anschließend mit der folgenden aufgebrachten Schichtqualität (15) beschichtet, in der Reihenfolge von der unteren Schicht:
Schichtqualität (15): 1,0 μm TiN – 8 μm TiCN – 0,5 μm TiBN – 2 μm α-Aluminiumoxid – 0,5 μm TiN.
Die TiCN Schicht wurde hergestellt, indem die Beschichtung unter Verwendung von Acetonitril als ein Ausgangsgas aufgebracht wurde, um eine Schicht mit einem Aspektverhältnis von 10 zu erzielen. Zusätzlich wurde der resultierende Einsatz einer Blasbehand lung mit einem Eisenpulver von der Spanflächenseite und der Freiflächenseite unterworfen, während die Größe und die Aufprallgeschwindigkeit des Eisenpulvers geändert wurden, um verschiedene Einsätze herzustellen, welche sich in dem Risszustand der aufgebrachten Schicht unterschieden, wie in Tabelle 30 dargestellt. Unter Verwendung dieser Einsätze wurde der gleiche Schneidtest 2 wie in Beispiel 12 durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 29 dargestellt.
Tabelle 31
Die Einsätze der vorliegenden Erfindung, die Proben Nr. 15-1, 15-2 und 15-3, ausgezeichnete Bruchbeständigkeit wie auch Verschleißbeständigkeit aufwiesen, dass jedoch die Probe Nr. 15-4, bei höchstens 50% der Enden von Rissen an der Oberflächenseite der aufgebrachten Schicht nicht zu der Oberfläche der aufgebrachten Schicht durchdringen, die Probe Nr. 15-5, bei welcher höchstens 50% der Enden von Rissen in der innersten Titannitridschicht existieren, in einer Schicht oberhalb der Titannitridschicht oder in einer Zwischenfläche zwischen diesen Schichten, und Probe Nr. 15-6, bei welcher der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht größer ist als die mittlere Dicke der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche, im Vergleich mit den Proben Nr. 15-1, 15-2 und 15-3, in bezug auf die Bruchbeständigkeit und die Verschleißbeständigkeit schlechter sind.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand der Beispiele exemplarisch erläutert, soll jedoch nicht durch diese beschränkt werden.
Nutzen und Möglichkeiten im kommerziellen Maßstab.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein beschichtetes Sintercarbidwerkzeug bereitgestellt werden, welches eine ausgezeichnete Bruchbeständigkeit und Verschleißbeständigkeit aufweist, indem der Rissabstand und die Position der Enden der Risse in der auf dem Sintercarbid aufgebrachten Schicht spezifiziert wird.

Claims

Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug umfassend ein Substrat bestehend aus einer Matrix aus WC und einer Bindemittelphase eines Metalls der Eisengruppe und einer Vielzahl von aufgebrachten Schichten, welche auf einer Oberfläche des Substrats bereitgestellt sind, wobei (a) eine innerste Schicht, neben dem Substrat, der aufgebrachten Schichten im wesentlichen aus Titannitrid mit einer Dicke von 0,1 bis 3 μm besteht, (b) in einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges des Werkzeuges ein mittlerer Rissabstand der aufgebrachten Schicht auf einem Grat (ridge) einer Schneidkante und/oder Spanfläche kleiner ist als der mittlere Abstand der Risse in der aufgebrachten Schicht auf einer Freifläche, (c) wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder Spanfläche Enden der Risse in der innersten Titannitridschicht, in einer Schicht oberhalb der Titannitridschicht oder in einer Zwischenfläche zwischen diesen Schichten aufweisen und (d) eine mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder Spanfläche ist kürzer als eine mittlere aufgebrachte Schichtdicke auf der Freifläche.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Grenzfläche zwischen diesen Schichten eine Grenzfläche zwischen der innersten Titannitridschicht und der Schicht direkt oberhalb der Titannitridschicht ist.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei diese innerste Titannitridschicht des Weiteren mit Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm, beschichtet ist und des weiteren mit wenigstens einer Aluminiumoxidschicht mit 0,5 bis 10 μm beschichtet ist.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, wobei wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder der Spanfläche Enden von Rissen an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in der Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Grenzfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur, aufweisen.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens 80% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder der Spanfläche Enden von Rissen an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in der Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Grenzfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur, aufweisen.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die innerste Titannitridschicht mit einer Aluminiumoxidschicht mit 3 bis 20 μm beschichtet ist, des weiteren mit einer Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, und mit einer Dicke von 3 bis 30 μm beschichtet ist und des weiteren mit einer Aluminiumoxidschicht mit 0,5 bis 10 μm Dicke beschichtet ist.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mittleren Rissabstände in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder der Spanfläche höchstens 10 μm beträgt.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein engerer mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante oder der Spanfläche in dem Querschnitt des Mikrogefüges X ist und ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche Y ist, wobei ein Wert von X/Y wenigstens 2 erfüllt.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei wenigstens 50% der Enden der Risse in der Oberflächenseite, in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante und/oder Spanfläche nicht bis zu der Oberfläche der aufgebrachten Schicht durchgedrungen sind.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder der Spanfläche nur in der Titancarbonitridschicht mit säulen artiger Struktur vorhanden sind und nicht zu dessen oberen und unteren aufgebrachten Schichten durchdringen.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug umfassend ein Substrat bestehend aus einer Matrix aus WC und einer Bindemittelphase aus einem Metall der Eisengruppe und einer Vielzahl von aufgebrachten Schichten, bereitgestellt auf einer Oberfläche eines Substrats, wobei (a) eine innerste Schicht, neben dem Substrat der aufgebrachten Schichten im wesentlichen aus Titannitrid besteht, mit einer Dicke von 0,1 bis 3 μm, welche des weiteren mit wenigstens einer Aluminiumoxidschicht mit 0,5 bis 10 μm beschichtet ist, (b) auf einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges des Werkzeuges ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf einem Grat einer Schnittkante kleiner ist als ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf einer Freifläche, (c) wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante Enden von Rissen an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in einer Schicht oberhalb der Titannitridschicht oder in einer Grenzfläche zwischen diesen Schichten aufweisen, (d) eine mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante kürzer ist als eine mittlere aufgebrachte Schichtdicke auf der Freifläche und (e) wenigstens eine der Aluminiumoxidschichten auf wenigstens einem Teil des Grates der Schnittkante entfernt oder poliert wird.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 11, wobei die innerste Titannitridschicht mit wenigstens einer Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm beschichtet ist.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 12, wobei wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante Enden von Rissen an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in der Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Grenzfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titancarbonitridschicht mit säulenfartiger Struktur aufweisen.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei wenigstens 80% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante Enden von Rissen an der Substratseite, in der innersten Titannit ridschicht, in der Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur oder in einer Grenzfläche zwischen der Titannitridschicht und der Titankarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur aufweisen.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der mittlere Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante höchstens 10 μm beträgt.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht des Grates der Schnittkante in dem Querschnittes des Mikrogefüges X ist und ein mittlerer Rissabstand in der aufgebrachten Schicht auf der Freifläche Y ist, wobei ein Wert von Y/X wenigstens 2 erfüllt.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der Rissabstand in der aufgebrachten Schicht A, deren Oberfläche freigelegt ist, wobei die Aluminiumoxidschicht entfernt wurde, 0,5 bis 5 μm beträgt.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die aufgebrachte Schicht A, deren Oberfläche freigelegt wurde, wobei die Aluminiumschicht entfernt wurde, aus Titancarbonitridschichten mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm besteht.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die aufgebrachte Schicht A, welche mit Rissen versehen ist, deren Abstände in einem Bereich von 0,5 bis 5 μm liegen, unter dem polierten Aluminiumoxidteil vorhanden ist.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 17 oder Anspruch 19, wobei die aufgebrachte Schicht A, welche unter dem polierten Aluminiumoxidteil vorhanden ist, aus Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm, besteht.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schneidkante nur in der Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur vorhanden sind und nicht durch deren oberen und unteren aufgebrachten Schichten durchdringen.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 18 und Ansprüche 21 bis 22, wobei die entfernte Aluminiumoxidschicht im wesentlichen aus κ-Aluminiumoxid besteht.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 16 und Ansprüche 19 bis 22, wobei die polierte Aluminiumoxidschicht im wesentlichen aus α-Aluminium besteht.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug umfassend ein Substrat, bestehend aus einer Matrix aus WC und einer Bindemittelphase eines Metalls der Eisengruppe und einer Vielzahl von aufgebrachten Schichten, bereitgestellt auf einer Oberfläche des Substrats, wobei (a) eine innerste Schicht der neben dem Substrat aufgebrachten Schichten im wesentlichen aus Titannitrid besteht, mit einer Dicke von 0,1 bis 3 μm, welche des Weiteren mit einer Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur mit einem Aspektverhältnis von wenigstens 5, mit einer Dicke von 3 bis 30 μm beschichtet ist und des weiteren mit wenigstens einer Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von 0,5 bis 10 μm beschichtet ist, (b) auf einem spiegelpolierten Querschnitt des Mikrogefüges des Werkzeuges wenigstens 50% der Enden der Risse an der Oberflächenseite in der aufgebrachten Schicht auf einem Grat der Schnittkante und/oder Spanfläche nicht bis zur Oberfläche der aufgebrachten Schicht durchdringen, (c) wenigstens 50% der Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder Spanfläche Enden von Rissen an der Substratseite, in der innersten Titannitridschicht, in einer Schicht oberhalb der Titannitridschicht oder in einer Grenzfläche zwischen diesen Schichten aufweisen und (d) eine mittlere Risslänge in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder Spanfläche kürzer ist als eine mittlere aufgebrachte Schichtdicke auf der Freifläche, (e) ein mittlerer Rissabstand in der Titancarbonitridschicht auf dem Grat der Schnittkante und/oder Spanfläche, höchstens 10 μm beträgt und (f) ein mittlerer Rissabstand in der Aluminiumoxidschicht auf dem Grat der Schnitt kante und/oder Spanfläche wenigstens zweimal so groß ist wie ein mittlerer Rissabstand in der Titancarbonitridschicht.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 24, wobei die Aluminiumoxidschicht auf wenigstens einem Teil des Grates der Schnittkante entfernt oder poliert wird.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 11 bis 21 und 24 bis 25, wobei die Oberfläche des Sinterkarbidsubstrates eine β-freie Schicht aufweist.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die Summe der Dicken der aufgebrachten Schicht in einem Bereich von 3 bis 50 μm liegt.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die Risse in der aufgebrachten Schicht auf dem Grat der Schnittkante mechanisch nach dem Aufbringen eingebracht werden.
Mit Sinterkarbid beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 10 und 12 bis 25, wobei die Titancarbonitridschicht mit säulenartiger Struktur bei 800°C bis 1.000°C durch ein CVD-Verfahren aufgebracht wird, umfassend die Verwendung einer Organo CN-Verbindung als ein Reaktionsgas.