ES2624105T3

ES2624105T3 - Inserto de corte y procedimiento para su producción

Info

Publication number: ES2624105T3
Application number: ES12761964.1T
Authority: ES
Inventors: Dirk Stiens; Sakari Ruppi; Thomas Fuhrmann
Original assignee: Walter AG
Current assignee: Walter AG
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2032-09-17
Also published as: JP6139531B2; US9238267B2; CN103987875A; KR101946090B1; DE102011053705A1; CN103987875B; JP2014530112A; EP2756110B1; EP2756110A1; WO2013037997A1; US20140193624A1; KR20140068194A

Abstract

Inserto de corte de un cuerpo de sustrato de metal duro, de cermet, o de cerámica y de un revestimiento de varias capas aplicado encima por medio de un procedimiento CVD con un espesor total de la capa de 5 a 40 μm, 5 partiendo desde la superficie del sustrato presenta una o más capas de material duro, sobre las capas de material duro presenta una capa de alfa-alúmina (α-Al2 03) con un espesor de las capas de 1 a 20 μm y opcionalmente, al menos en secciones sobre la capa de α-Al2 03, presenta una o más capas adicionales de material duro como capas decorativas o capas de identificación del desgaste, caracterizado por que la capa de α-Al2 03 presenta una orientación cristalográfica prioritaria, caracterizado por un coeficiente de textura TC (0 0 12) >= 5 para la dirección de crecimiento (0 0 12) con**Fórmula** en la que I(hkl) son las intensidades medidas a través de difracción por rayos-X de los reflejos de difracción, I0(hkl) son las intensidades estándar de los reflejos de difracción según pdf-Karte 42-1468, n es el número de los reflejos utilizados para el cálculo y para el cálculo de TC(0 0 12) se utilizan los siguientes reflejos: (0 1 2), (1 0 4), (1 1 0), (1 1 3), (1 1 6), (3 0 0) y (0 0 12), que poseen según pdf-Karte 42-1468 las siguientes intensidades estándar I0(hkl): Reflejo (h k l) Intensidad estándar I0(hkl):**Tabla** y en el que la capa de α-Al2 03 presenta una tensión residual en el intervalo de 0 a +300 MPa y el sustrato presenta dentro de un intervalo de 0 a 100 mm de la superficie del sustrato un mínimo de tensión residual en el intervalo de -2000 a -400 MPa.

Description

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DESCRIPCION

Inserto de corte y procedimiento para su produccion CAMPO DE LA INVENCION

La invencion se refiere a un inserto de corte revestido de un cuerpo de sustrato de metal duro, de cermet, o de ceramica y aplicado encima por medio de un procedimiento CVD, un revestimiento multi-capa que, comenzando desde la superficie del sustrato, presenta una o mas capas de material duro, sobre las capas de material duro presenta una capa de alfa-alumina (a-Al2 O3) y opcionalmente, al menos en secciones de la capa de a-Al2 O3 presenta una o mas capas adicionales de material duro como capas decorativas o capas de identificacion del desgaste.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Los insertos de cortes para procesamiento de material, en particular para procesamiento de metal por arranque de virutas, estan constituidos de un cuerpo de metal duro de cermet, o de ceramica, que esta provisto en la mayona de los casos para la mejora de las propiedadews de corte o de desgaste con un revestimiento superficial de una o varias capas. Los revestimientos de la superficie estan constituidos de capas de material duro colocadas superpuestas de carburos, nitruros, oxidos, carbonitruros, oxinitruros, oxicarburos, oxicarbonitruros, boruros, boronitruros, borocarburos, borocarbonitruros, borooxinitruros, borooxocarburos o borooxocarbonitruros de los elementos de los grupos IVa a VIIa del sistema periodico y/o del aluminio, fases metalicas mixtas asf como mezclas de fases de los compuestos mencionados anteriormente. Ejemplos de los compuestos mencionados anteriormente son TiN, TiC, TiCN y AI2O3. Un ejemplo de una fase metalica mixta, en la que en un cristal un metal esta sustituido, en parte, por otro, es TiAIN. Los revestimientos del tipo mencionado anteriormente se aplican por medio de procedimientos CVD (deposicion de vapor qmmico), procedimiento PCVD (procedimiento CVD asistido con plasma), o por el procedimiento pVd (deposicion de vapor ffsico).

Virtualmente en cualquier material prevalecen tensiones residuales como consecuencia de tratamiento mecanico, termico y/o qmmico. En la fabricacion de insertos de corte a traves de revestimiento d eun cuerpo de sustrato por medio del procedimiento CVD resultan tensiones residuales, por ejemplo entre el revestimiento y el sustrato y entre las capas individuales del revestimiento a partir de los diferentes coeficientes de dilatacion termica de los materiales. Las tensiones residuales pueden ser tensiones residuales de traccion o tensiones residuales de compresion. Cuando se aplica un revestimiento por medio del procedimiento PVD, se introducen tensiones adicionales a traves del bommardeo de iones en este procedimiento en el revestimiento. En revestimientos aplicados por medio de procedimientos PVD prevalecen, en general, rensiones residuales de compresion, en cambio en procedimientos CVD se generan habitualmente tensiones residuales de traccion en el revestimiento.

La accion de las tensiones residuales en el revestimiento y en el cuerpo del sustrato pueden no tener una influencia significativa sobre las propiedades del inserto de corte, pero pueden tener tambien repercusiones ventajosas o desfavorable significativas sobre la resistencfia al desgaste del inserto de corte. Las tensiones residuales de traccion, que exceden el lfmite de dilatacion del material respectgivo, provocan roturas y grietas en el revestimiento perpendicularmente a la direccion de latension residual de traccion. En general, es deseable una cierta medida de tension residual de compresion en el revestimiento, puesto que de esta manera se previenen o se cierran grietas superficiales y se mejoran las propeidades de fatiga del revestimiento y, por lo tanto, del inserto de corte. No obstante, tensiones residuales de compresion demasiado altas pueden conducir a problemas de adhesion y de astillamiento del revestimiento.

Existen tres tipos de tension es residuales: macro tensiones, que estan distribuidas casi de forma homogenea sobre zonas macroscopicas del material, micro tensiones, que son homogeneas en zonas microscopicas, como por ejemplo un grano, y micro tensiones inhomogeneas, que son inhomogeneas tambien en un plano microscopicas. Desde el punto de vista practico y para las propiedades mecanicas de un inserto de corte, las macro tensiones son de importancia especial.

Las tensiones residuales se indican normalmente en la unidad Megapascal (MPa), presentando las tensiones residuales de traccion un sighno positivo (+) y las tensiones residuales de compresion un signo negativo (-).

Se conoce que las herramientas de corte de metal duro, que estan revestidas con capas de metal duro como, por ejemplo, TiN, TiC, TiCN, TiAIN, AI2O3 o combinaciones de ellos, pueden presentar excelente resistencia al desgaste, pero en el caso de solicitacion alterna temomecanica en operaciones de corte interrumpidas, como aparece, por ejemplo, en fresadoras de arbol de ciguenal, pueden fallar mas bien en virtud de una perdida de tenacidad frente a herramientas de corte no revetsidas o aquellas que estan revetsdidas por medio de procedimientos PVD. Lo mismo se aplica de manera similar para la mecanizacion con torno en el corte interrumpido o en condiciones desfavorables de corte (por ejemplo, vibraciones condicionadas por la maquina o la tension de la pieza de trabajo). Para tales aplicaciones, en condiciones desfavorables, se emplean hasta ahora revestimiento CVD con espesor limitado de la capa (raras veces mas de 10 pm), puesto que la frgilidad del material de corte, condicionada, entre otras cosas, por tensiones de traccion, se incrementa con el espesor del revestimiento de CVD. En cambio, los tipos de materiales de corte de alta resistencia al desgaste tienen con frecuencia espesores de capa de 20 pm o mas, pero solamente se

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pueden emplear en el core continuo en condiciones favorables. En el caso de insertos de corte para ,la mecanizacion con torno de acero o de fundicion, son deseables tanto una alta resistencia al desgaste como tambien una tenacidad alta, dos propiedades que a menudo no se pueden conseguir al mismo tiempo.

El documento DE-A-197 19 195 describe un inserto de corte con un revestimiento de varias capas, que se deposita en un procedimiento CVD continuo a temperaturas entre 900°C y 1.1001C. El cambio del material en el revestimiento de varias capasde una capa a la siguiente se realiza a traves de una modificacion de la composicion del gas en el procedimiento CVD. La capa mas exterior (capa de cubierta) esta constituida de una capa de una o de varias fases de carburos, nitruros o carbonitruros de Zr o Hf, en la que prevalecen tensiones residuales internas de compresion. Las capas subyacentes estan compuestas de TiN, TiC o TiCN y presentan sin excepcion tensiones residuales de traccion internas. La tension residual de compresion medida en la capa exterior esta entre -500 y -2.500 MPa. De esta manera, debe mejorarse la tenacidad a rotura.

Para la elevacion de las tensiones residuales de compresion en el revestimiento del cuerpo de sustrato de insertos de corte o de otras herramientas se conoce someterlos a un tratamiento mecanico de la superficie. Procedimientos de tratamiento mecanico conocidos son el cepillado y el tratamiento de chorreado. En el tratamiento de chorreado se dirige un medio de chorreado de grano fino con tamanos del grano de aproximadamente 600 pm por medio de aire comprimido bajo presion elevada sobre la superficie dell revestimiento. Tal tratamiento de la superficie se puede reducir tensiones residuales de traccion o elevar tensiones residuales de compresion en la capa mas exterior asf como tambien en las capas subyacentes. En el tratamiento de chorreado se distingue entre tratamiento de chorreado en seco, en el que el medio de chorreado de grano fino se emplea en estado seco, y tratamiento de chorreado humedo, en el que el medio de chorreado granulado esta presente suspendido en un lfquido.

Se ha comprobado que la seleccion del medio de chorreado tiene una influencia significativa sobre las modificaciones de la tensiones residuales en el revestimiento con relacion a la dureza y el espesor del revestimiento. Se ha podido mostrar que en el caso de utilizacion de un medio de chorreado, cuya dureza es mayor que la dureza de la capa mas exterior del revestimiento, el mecanismo de desgaste durante el chorreado es la abrasion y solamente aparecen tensiones de compresion altas en las zonas superficiales proximaas de la capa hasta aproximadamente 1 pm de profundidad de penetracion, que se relajan de nuevo muy rapidamente. En capas colocadas mas profundas o en el sustrato no tiene lugar esencialmente ninguna reduccion de las tensiones de traccion o una elevacion de las tensiones de compresion. La tension residual prevaleciente despues del proceso de revestimiento en el sustrato permanece inalterada. No se puede conseguir una elevacion de la tenacidad de la herramienta.

Si la dureza del medio de chorreado es igual a la dureza de la capa mas exterior del revestimiento, entonces el mecanismo de desgaste durante el chorreado es el desgaste de la superficie y aparecen altas tensiones de tensiones de compresion que pueden repercutir hasta las capas mas profundas y en funcion del espesor de la capa tambien hasta el sustrato. En el caso de capas gruesas (>>10 mm), durante el chorreado humedo, solo se puede modificar un poco la tension en el sustrato y se puede elevar la capacidad de traccion. Si a pesar de todo se quiere elevar la tension de compresion en el sustrato tambien en el caso de capas gruesas, entonces deben utilizarse chorreados en seco muy largos, los que conduce a una elevacion de las perturbaciones en la rejilla y puede provocar problemas de adhesion del revestimiento.

Si la dureza del medio de chorreado es menor que la dureza de la capa mas exterior del revestimiento, se supone como mecanismo de desgaste de esta capa mas exterior de la misma manera el agotamiento de la superficie (granallado). La tasa de desgaste en el revestimiento mas exterior es menor, de manera que son posibles tiempos de chorreado mas largos sin erosion considerable de la capa. Otra ventaja es que en este caso no se incorporan o solo pequenos grados de perturbacion en las capas mas superiores del revestimiento. Segun la seleccion de los parametros del procedimiento (entre otros, el medio, la presion, la duracion y el angulo de chorreado) y el espesor de la capa, se pueden conseguir modificaciones de tension residual en diferentes profundidades del compuesto de metal duro y el revestimiento. Es decir, que como resultado del tratamiento de chorreado pueden existir tensiones de compresion en diferentes capas del revestimiento o tambien en el sustrato.

El documento DE-A-101 23 554 describe un procedimiento de chorreado utilizando un medio de chorreado granulado con diametro maximo de 150 pm. De esta manera se consigue en la capa mas exterior y en la zona del sustrato que se encuentra debajo, con preferencia hasta el interior de la zona proxima a la superficie del sustrato, una reduccion de las tensiones residuales de traccion o una elevacion de las tensiones de compresion. En la capa mas superior se consiguen con preferencias tensiones de compresion de algunos GPa.

El documento WO2009/101025 ensena procedimientos para la fabricacion de un inserto de corte revestido, en el que despues del revestimiento hay que realizar un tratamiento de chorreado de tal manera que la modificacion maxima de la tension residual de compresion en el revestimiento presenta un valor entre 10 MPa y 1000 MPa, y de tal manera que la relacion de los valores de la modificacion maxima de la tension residual en el revestimiento con respecto a la modificacion maxima de la tension residual en el sustrato es inferior a 2.

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Insertos de corte con una capa exterior de proteccion del desgaste de alfa- o gamma-alumina para la mecanizacion es metal se emplean desde hace muchos anos y se describen en detalle en la literatura. Se ha mostrado que revestimientos de alfa-alumina con determinadas orientaciones prioritarias del crecimiento del cristal durante la separacion en el procedimiento PVD o CVD pueden tener ventajas especiales, en particular comportamiento de desgaste mejorado, de manera que para diferentes aplicaciones del inserto de corte pueden ser especialmente ventajosas tambien diferentes orientaciones prioritarias de la capa de alumina. La orientacion prioritaria del crecimiento se indica, en general, con relacion a los planos definidos sobre los indices de Miller, por ejemplo el plano (001), de la rejilla de cristal y designa la textura o texturas de las fibras y se define a traves de un llamado coeficiente de textura (TC). Por ejemplo, insertos de corte con una capa de desgaste de alfa-alumina con textura (001) frente a otras orientaciones prioritarias deben tener ventajas en la mecanizacion de acero con respecto a desgaste de superficies lfmites y desgaste de crater asf como deformacion plastica.

El documento US-A-2007/0104945 describe herramientas de cote con una capa de desgaste de a-A^03 con textura (001) y microestructura columnar. Esta orientacion prioritaria se muestra a traves de alrtas intensidades del pivo (006) en el espectro de difraccion radiologica (difragtograma XRD) y se consigue realizando tanto la formacion de germenes como tambien el crecimiento de la capa de a-A^03 en el procedimiento CVD en determinadas condiciones. La formacion de gemenes se realiza a < 1000°C sobre una capa de union de TiAICNO a traves de un procedimiento de varias fases, en el que los sustratos son expuestos sucesivamente a concentraciones definidas de gas de TiCU y AlCh, etapas de lavado bajo N2 y concentraciones de finidas de H2O. A continuacion se prosigue la formacion de germenes de a-A^03 a traves del crecimiento sin aditivos cataltticos, y finalmente tiene lugar a 950 a 1000°C el crecimiento de las capas hasta el espesor deseado de las capas en relacion de concentracion definida de CO/CO2 y en presencia de catalizadores tfpicos, como H2S, SO2 o SF6, en concentraciones < 1 % en Vol.

El documento EP 1 953 258 describe de la misma manera herramientas de corte con capas de desgaste de a-A^03 con textura (001) sobre sustratos de metal duro con una zona marginal enriquecida con aglutinante de CO. La orientaicon prioritaria de la capa de desgaste de a-A^03 se consigue a traves de una formacion de germenes de manera similar al documento US-A-2007/0104945, pero partiendo de ello durante el crecimiento siguiente de la capa se eleva poco a poco la relacion CO/CO2.

El documento EP-A-2 014 789 describe de la misma manera herramientas de corte con capas de desgaste de a- AI203 con textura (001) sobre sustratos de metal duro con una zona marginal enriquecida con aglutinante de CO, que deben ser especialmente adecuadas para la mecanizacion por arranque de virutas de acero a altas velocidades de corte, en particular para el torneado de acero.

PROBLEMA DE LA INVENCION El problema de la presente invencion consistfa en la preparacion de insertos de corte para la mecanizacion de metal por arranque de virutas, en particular la mecanizacion por torneado de materiales de acero o de materiales fundidos, que presenta una resistencia al desgaste mejorada frente al estado de la tecnica, en particular resistencia elevada al mismo tiempo contra formas de desgaste, que aparecen durante la solicitacion continuada, como desgaste de superficies libres, desgaste de crater y deformacion plastica, como tambien contra formas de desgaste, que aparecen en el caso de solicitacion alterna termomecanica, como grietas, rotura o fisuras de peine, y que ofrecen un campo de aplicacion mas amplio que los insertos de coste conocidos.

DESCRIPCION DE LA INVENCION Este problema se soluciona por medio de un inserto de corte de un cuerpo de sustrato de metal duro, de cermet, o de ceramica y de un revestimiento de varias capas aplicado encima por medio de un procedimiento CVD con un espesor total de la capa de 5 a 40 pm, partiendo desde la superficie del sustrato presenta una o mas capas de material duro, sobre las capas de material duro presenta una capa de alfa-alumina (a-Al2 03) con un espesor de las capas de 3 a 20 pm y opcionalmente, al menos en secciones sobre la capa de a -AI2 03, presenta una o mas capas adicionales de material duro como capas decorativas o capas de identificacion del desgaste, en el que la capa de a-Al2 03 presenta una orientacion cristalografica prioritaria, caracterizado por un coeficiente de textura TC (0 0 12) > 5 para la direccion de crecimiento (0 0 12) con

TC(0 0 12) =

1(0 0 12) Io(0 0 12)

1 ^ I(hkl) T1 n£fl0(hkl)_

en la que

I(hkl) son las intensidades medidas a traves de difraccion por rayos-X de los reflejos de difraccion,

I0(hkl) son las intensidades estandar de los reflejos de difraccion segun pdf-Karte 42-1468, n es el numero de los reflejos utilizados para el calculo y para el calculo de TC(0 0 12) se utilizan los siguientes reflejos:

(0 1 2), (1 0 4), (1 1 0), (1 1 3), (1 1 6), (3 0 0) y (0 0 12), que poseen segun pdf-Karte 42-1468 las siguientes intensidades estandar Ig(hkl):

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Refleio (h k l): Intensidad estandar In(hkl):

(0 1 2): 70

(1 0 4): 97

(1 1 0): 42

(1 1 3): 100

(1 1 6): 82

(3 0 0): 45

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y en el que la capa de a-Al2 O3 presenta una tension residual en el intervalo de 0 a +300 MPa y el sustrato presenta dentro de un intervalo de 0 a 100 mm de la superficie del sustrato un mmimo de tension residual en el intervalo de - 2000 a -400 MPa.

De manera mas sorprendente se ha encontrado que en un inserto de corte con un revestimiento del tipo descrito aqu durante la mecanizacion de metal por arranque de virutas, en particular durante la mecanizacion por torneado de materiales de acero o de materiales fundidos, se puede conseguir una velocidad de desgaste mejorada frente a los insertos de corte conocidos y un campo de aplicacion mas amplio, cuando la capa de a-Al2 03 dura, que sirve como capa de desgaste, presenta una orientacion prioritaria cristalografica con un coeficiente de la textura TC (0 0 12) > 5 y al mismo tiempo una tension residual de traccion baja de 0 a +300 MPa o incluso una tension residual de compresion y al mismo tiempo el sustrato presenta en una zona, que se extiende desde la superficie del sustrato hasta una profundidad de penetracion de 10 mm y que se designa como "zona de interfaz proxima al sustrato" del cuerpo de sustrato, una tension residual de compresion en el intervalo de -2000 a -400 MPa.

La combinacion de acuerdo con la invencion de la orientacion prioritaria cristalografica de la capa de a-Al2 03 y los parametros definidos de las tensiones residuales de la capa de a-Al2 03 y del cuerpo de sustrato en la zona de interfaz proxima al sustrato se caracterizan porque presentan tanto una resistencia mas elevada contra formas de desgaste, que aparecen durante la solicitacion contunua, como desgaste de las superficies libres, desgaste de crater y deformacion plastica, como tambien contra formas de desgaste, que aparecen en el caso de solicitacion alterna termodinamica, como grietas, roturas y fisuras de peine. En cambio, insertos de corte conocidos estan disenados y optimizados, en general, para determinado tipo de solicitacion y, por lo tanto, poseen con frecuencia una zona de aplicacion limitada y muy espedfica. El inserto de corte de acuerdo con la invencion posee, en cambio, en virtud de su resistencia elevada contra diferentes formas de desgaste, a saber, aquellas que aparecen de manera predominante durante la solicitacion continua, y aquellas, que aparecen de manera predominante durante la solicitacion alterna termomecanica, un campo de aplicacion mas amplio que los insertos de corte conocidos.

En una forma de realizacion preferida del inserto de corte de acuerdo con la invencion comprende la fabricacion del inserto de corte, en la que el sustrato se somete despues de la aplicacion del revestimiento de varias capas, con preferencia a un tratamiento de chorreado en seco, utilizando un medio de chorreado granulado, de manera que el medio de chorreado presenta con preferencia una dureza mas reducida que corindon (a-Al2 03).

Las tensiones residuales de acuerdo con la invencion en la capa de AI2 03 y en el cuerpo de sustrato del inserto de corte se pueden conseguir con ventaja porque se somete el inserto de corte despues de la aplicacion del revestimiento de varias capas sobre el sustrato de un tratamiento de chorreado en seco o en hgumedo utilizando un medio de chorreado granulado. En este caso, el medio de chorreado deba presenta una dureza menor que el corindon (a-Al2 03), especialmente cuando el revestimiento de varias capas posee un espesor grande. Por ejemplo, como medio de chorreado son adecuadas partfculas de acero, vidrio o dioxido de circonio (ZrO2). El tratamiento de chorreado se realiza de manera mas ventajosa a una presion del medio de chorreado de 1 bar a 10 bares. La utilizacion de un medio de chorreado, que tiene una dureza menor que el corindon, tiene la ventaja de que en este caso no se incorporan o solo reducidos grados de perturbacion en las capas mas altas del revestimiento. La capa de a-Al2 03 y las capas dispuestas debajo del revestimiento muestran solamente poca modificacion ensus tensiones residuales.

Especialmente preferido es el tratamiento con chorreado en seco, puesto que garantiza una entrada mas uniforme de la presion de correado en el revestimiento y el cuerpo de sustrato sobte toda la superficie que el tratamiento de chorreado en humedo. Durante el tratamiento de chorreado, la formacion de una pelfcula de lfquido sobre la superficie correada atenua considerablemente la entrada de tensiones residuales frente al tratamiento de chorreado en seco en condiciones compresion de chorreado comparables. De esta manera, existe el peligro de que la entrada de la presion de chorreado en los tamboe de la herramienta, es decir, tambien en los cantos de corte importantes, es considerablemente mas elevada que sobre las superficies lisas, lo que puede conducir a que los cantos sedanen bajo la presion de chorreado, antes de que se produzca, en general, una entrada esencial o al menos suficiente sobre las superficies de la herramienta que son esenciales para los procesos de corte, en particular la superficie de arranque de virutas. Por medio del tratamiento de chorreado en seco tambPen son posibles presiones mas altas durante un periodo de tiempo largo, sin que se dane con ello la herramienta.

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La duracion del tratamiento de chorreado, necesaria para la introduccion o bien el ajuste de las tensiones residuales de acuerdo con la invencion en la capa de a-Al2 O3 y en el cuerpo de sustrato y la presion necesaria de chorreado son parametros, que el tecnico puede calcular dentro de los lfmites definidos aqu a traves de experimentos sencillos en insertos de corte no chorreados. Aqu no es posible una indicacion general, puesto que las tensiones residuales que se ajustan no solo dependen de la duracion del tratamiento de chorreado y de la presion de chorreado, sino tambien de la estructura y del espesor del revestimiento general y tambien de la composicion y de la estructura del sustrato. No obstante, la presion de chorreado tiene en este caso, en comparacion con la duracion del chorreado, la influencia esencialmente mayor sobre la modificacion de las tensiones residuales en el revestimiento y en el cuerpo de sustrato. La duracion del tratamiento de chorreado no puede ser demasiado corta, para que las modificaciones deseadas de las tensiones residuales puedan penetrar en el cuerpo de sustrato y se puedan ajustar los valores de tension residual de acuerdo con la invencion. La duracion optima del tratamiento de chorreado depende tambien de la instalacion utilizada para ello, de la distancia, del tipo y de la alineacion de las toberas de chorreado y del movimiento de las toberas de chorreado sobre la herramienta chorreada. Las duraciones de tratamiento de chorreado adecuadas para la fabricacion del inserto de corte de acuerdo con la invencion estan en el intervalo de 10 a 600 segundos, pero pueden estar tambien en el intervalo de 15 a 60 segundos. Especialmente cuando a traves del tratamiento de chorreado deben erosionarse en primer lugar una o varias capas sobre la capa de a-Al2 03, es conveniente o necesaria una duracion mas prolongada del tratamiento de chorreado. Las presiones adecuadas del medio de chorreado estan en el intervalo de 1 a 10 bares, con preferencia de 2 bares a 8 bares, de manera especialmente preferida de 3 bares a 5 bares. No obstante, la invencion no esta limitada a las duraciones de tratamiento de chorreado y las presiones del medio de chorreado mencionadas anteriormente.

El medio de chorreado puede ser, por ejemplo, acero, vidrio o ZrO2. Los estados de tension residual de acuerdo con la invencion se pueden ajustar con cada uno de los medios de chorreado mencionados y otros medios de chorreado adecuados. El tecnico puede seleccionar con el conocimiento de la invencion un medio adecuado de acuerdo con puntos de vista de la tecnica de procedimientos o de la tecnica de instalaciones o tribologicos y encontrar los parametros de chorreado adecuados a traves de ensayos sencillos. Con preferencia, el medio de chorreado esta constituido de partfculas de forma esferica. El tamano medio de los granos del medio de chorreado esta de manera mas conveniente en el intervalo de 20 a 450 mm, con preferencia de 40 a 200 mm, de manera especialmente preferida de 50 a 100 mm, pero no tiene ninguna influencia esencial sobre la generacion de tensiones residuales de compresion en el cuerpo de sustrato. Sin embargo, el tamano medio de los granos influye sobre la rugosidad de la superficie de la capa mas exterior del revestimiento. Un tamano medio del grado reducido (granulado fino) proporciona durante la radiacion una superficie lisa. en cambio un tamano medio del grano alto da como resultado una superficie rugosa. Para las herramientas de acuerdo con la invencion se prefiere la generacion de una superficie lisa y, por lo tanto, la utilizacion de un medio de chorreado con tamano medio del grano reducido. Las durezas de Vickers de los medios de chorreado mencionados anteriormente estan aproximadamente en el intervalo de 500 a 1500. De acuerdo con la invencion, a-Al2 03 (corindon) no es adecuado, en general, como medio de chorreado.

El angulo de chorreado, es decir, el angulo entre el chorro de tratamiento y la superficie de la herramienta, tiene de la misma manera una influencia esencial sobre la entrada de tensiones residuales de compresion. Con un angulo de chorreado de 90°, se realiza la entrada maxima de tensiones residuales de compresion. Angulos de chorro mas reducidos, es decir, chorreado inclinado del medio de chorro, conducen a una abrasion mas fuerza de la superficie y a una entrada mas reducida de la tension residual de compresion. La accion de abrasion mas fuerte se consigue con angulos de chorreado de aproximadamente 15° a 40°. Con angulos de chorreado mas reducidos puede ser necesario seleccionar una presion de chorreado mas elevada y/o una duraccion de chorreado mas prolongada para conseguir una entrada de tensiones residuales de compresion, que corresponde a la entrada con un angulo de chorreado de 90°, en el que se han realziado tambien los ejemplos descritos aqrn. Con el conocimiento de la invencion, sin embargo, el tecnico puede calcular facilmente estos parametros a aplicar con angulos de chorreado mas reducidos.

El concepto "zona proxima a la superficie" del cuerpo de sustrato designa una zona de la superficie mas exterior del cuerpo de sustrato hasta una profundidad de penetracion de maximo 1 a 2 mm en la direccion del interior del cuerpo de sustrato. Los analisis no destructivos y selectivos de fases de tensiones residuales se realizan por medo de procedimientos de difraccion de rayos-X- La medicion dispersiva angular aplicada muy extendida de acuerdo con el procedimiento sin2^ proporciona un valor medio para la porcion de tension residual en un plano y permite en sustratos de WC mediciones de la tension residual solo hasta profundidades de penetracion muy reducidas de maximo 1 a 2 pm desde la superficie, es decir, solo en la "zona proxima a la superficie" del cuerpo de sustrato.

El concepto de "zona de interfaz proxima al sustrato" del cuerpo del sustrato designa una zona desde la superficie mas exterior del cuerpo del sustrato hasta una profundidad de penetracion de 10 pm en la direccion del interior del cuerpo del sustrato. Hasta ahora no eran posibles analisis de la curva de la tension residual en la "zona de interfaz proxima al sustrato" con el metodo aplicado hasta ahora de la medicion dispersiva angular con fuentes convencionales de laboratorio. Por una parte, la profundidad de penetracion de la medicion dispersiva angular como se ha mencionado anteriormente esta limitada a una distancia solo muy reducida desde la superficie mas exterior del cuerpo de sustrato. Ademas, la medicion dispersiva angular segun el procedimiento sin2^ proporciona solamente un valor medio en un plano, por lo que con este metodo no se pueden medir modificaciones graduales o curvas de gradientes de las tensiones residuales dentro de distancias cortas. Para analisis de las tensiones residuales en la

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"zona de interfaz proxima al sustrato" del cuerpo de sustrato hasta una profundidad de aproximadamente 10 pm, se ha aplicado, por lo tanto, para los insertos de corte del tipo indicado al principio una medicion dispersiva de ene^a, que permite los analisis de curvas de la tension residual hasta una profundidad de penetracion de aproximadamente 10 pm detectando la modificacion de las tensiones residuales dentro de esta zona.

El revestimiento del inserto de corte de acuerdo con la invencion esta constituido por una secuencia de capas individuales diferentes. Estas capas diferentes poseen ya antes del tratamiento de chorreado en virtud de su diferentes composiciones, condiciones de fabricacion y posiciones dentro del revestimiento, en general, tambien diferentes tensiones residuales, es decir, tensiones de traccion o de compresion de diferentes magnitudes. A traves del tratamiento de chorreado se modifican en diferente magnitud las tensiones propias en las capas individuales de nuevo en virtud de sus diferentes composiciones, condiciones de fabricacion y posiciones dentro del revestimiento. Lo mismo se aplica de manera correspondiente tambien para el sustrato, donde las tensiones residuales y las modificaciones de las tensiones residuales en diferentes profundidades desde la superficie pueden ser tambien de diferente magnitud. La medicion de las tensiones residuales esta limitada de acuerdo con la invencion a una zona desde la superficie del sustrato hasta una profundidad de penetracion de 10 mm. En sustratos de WC, no es posible tecnicamente una medicion de las tensiones residuales en profundidades mucho mayores.

En una forma de realizacion preferida de la invencion, las capas de material duro dispuestas sobre la superficie del sustrato y debajo de la capa de a-A^03 y las capas de maneral duro dispuestas opcionalmente, al menos por secciones, sobre la capa de a-Ah03 estan constituidas de carburos, nitruros, oxidos, carbonitruros, oxinitruros, oxicarburos, oxicarbonitruros, boruros, boronitruros, borocarburos, borocarbonitruros, borooxinitruros, borooxocarburos o borooxocarbonitruros de los elementos de los grupos IVa a Vila del sistema periodico y/o del aluminio, y/o de fases metalicas mixtas y/ol de mezclas de fases de los compuestos mencionados anteriormente.

En otra forma de realizacion preferida de la invencion las capas de material duro dispuestas sobre la superficie del sustrato y debajo de la capa de a-A^03 estan constituidas de TiN, TiCN y/o TiAlCNO, presentando las capas de material duro, respectivamente, espesores de capa en el intervalo de 0,1 pm a 15 pm.

Especialmente la capa de TiAlCNO es adecuada como capa de union inmediatamente debajo de la capa de a-Ah03. Cuando inmediatamente debajo de la capa de a-A^03 esta dispuesta una capa de material duro de TiAlCNO, esta presenta con preferencia un espesor de capa en el intervalo de 0,1 pm a 1 pm. La capa de TiAlCNO mejora la adhesion de la capa de a-A^03 y favorece el crecimiento de la alumina en la modificacion alfa y con la orientacion prioritaria de acuerdo con la invencion. En virtud de su composicion y de su microestructuram proporciona una adhesion excelente a la capa de TiCN. Una buena adhesion de las capas entre sf es importante para poder aplicar presiones durante el tratamiento de chorreado, sin que se produzca el astillamiento de las capas.

Las capas de material duro de TiN o TiCN, cuando estan presentes una o varias de ellas, presentan con preferencia espesores de capa en el intervalo de 2 mm a 15 mm, de manera especialmente preferida en el intervalo de 3 pm a 10 pm.

Con preferencia, debajo de la capa de adhesion de TiAlCNO y debajo de la capa de a-A^03 esta dispuesta una capa de TiCN, que presenta de manera mas ventajosa el espesor de capa mencionado anteriormente en el intervalo de 2 pm a 15 pm, con preferencia en el intervalo de 3 pm a 10 pm. La capa de TiCN se aplica con preferencia en el procedimiento CVD a alta temperatura (HT-CVD) o en el procedimiento CDV a temperatura media (MT-CVD), siendo preferido el procedimiento MT-CVD para la fabricacion de herramientas de mecanizacion por arranque de virutas, puesto que suministra estructuras de capas columnales y en virtud de la temperatura de separacion mas baja se reducen las perdidas de tenacidad en el sustrato.

En otra forma de realizacion preferida de la invencion, las capas de material duro de TiN, TiCN y/o de TiAlCNO dispuestas sobre la superficie del sustrato y debajo de la capa de AI203 presentan conjuntamente un espesor total de la capa en el intervalo de 3 pm a 16 pm, con preferencia en el intervalo de 5 pm a 12 pm, de manera especialmente preferida en un intervalo de 7 pm a 11 pm.

En otra forma de realizacion preferida de la invencion, el revestimiento de varias capas presenta, partiendo desde la superficie del sustrato la siguiente secuencia de capas TiN - TiCN - TiAlCNO - AI203, estan previstas opcionalmente, al menos por secciones, sobre la capa de AI203 una capa de TiN, una capa de TiC, una capa de TiCN o una combinacion de ellas.

El inserto de corte de acuerdo con la invencion puede presentar, al menos por secciones, sobre una capa de AI203 una o varias capas adicionales de material duro, con preferencia una capa de TiN, una capa de TiC, una capa de TiCN o una combinacion de ellas. Tales capas se aplican con frecuencia como capas decorativas y/o capas de reconocimiento del desgaste sobre la capa de AI203 que brilla negra y poseen incluso un color dorado amarillo o gris plata y pueden servir como indicador para una utilizacion de la herramienta, puesto que estas capas son erosionadas durante la mecanizacion de metales. Normalmente, tales capas decorativas y/o de reconocimiento del desgaste no se aplican sobre tales susperficies de la herramienta o bien se eliminan de nuevo despues de la separacion sobre todo el cuerpo de la herramienta de aquellas superficies que entran en contacto durante la

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mecanizacion del metal directamente con el metal, por ejemplo las superficies de arranque de virutas, puesto que segun el procedimiento de mecanizacion o bien el material de la pieza de trabajo pueden tener repercusiones desfavorables sobre la mecanizacion. Normalmente, las capas decorativas y/o de reconocimiento del desgaste son erosionadas por abrasion de las superficies correspondientes a traves de tratamiento de chorreado o tratamiento de cepillado. Tal eliminacion abrasiva de las capas decorativas finas o blanda puede provocar una entreda de tensiones residuales de compresion en la capa de AI2O3 remanente, pero solo en las zonas proximas a la superficies de < 1 pm de profundidad, de manera que no se produce ninguna modificacion significativa del estado de tension residual de acuerdo con la invencion de la capa de AI2O3. En virtud del debilitamiento reducido de la radiacion-X a traves de AI2O3, esta zona superficial apenas es accesible o solo a traves de extrapolacion a traves de la medicion radiograficas de la tension residual de acuerdo con la tecnica de medicion. En los parametros de medicion empleados aqu del procedimiento sin2^, y con angulos de basculamiento de hasta ^ = 89,5°, la tension residual calculada de la capa de AI2O3 procede de una profundidad de informacion de aproximadamente > 1,5 pm.

Para el ajuste del estado de tension residual de acuerdo con la invencion en la herramienta de corte se aplica un tratamiento de chorreado con un medio de chorreado, cuya dureza es con preferencia menor que la dureza de la capa de AI2O3. Se supone entonces como mecanismo de desgaste, que actua sobre la capa de AI2O3, esencialmente el agotamiento de la superficie (granallado). No se lleva a cabo ninguna erosion esencial de la capa de AI2O3 y se generan a traves de este mecanismo y de este procedimiento tensiones residuales de compresion altas en el cuerpo del sustrato, aunque el espesor de capa total del revestimiento sea hasta 40 pm de tamano.

El espesor de capa total del recubrimiento es al menos 5 pm, con preferencia al menos 10 pm, de manera especialmente preferida al menos 15 pm. Un espesor de capa total demasiado reducido del revestimiento tiene el inconveniente de que no se garantiza ya una proteccion suficiente contra desgaste a traves del revestimiento.

En otra forma de realizacion preferida de la invencion, el cuerpo de sustrato esta constituido de metal duro, con preferencia que contiene de 4 a 12 % en peso de Co, Fe y/o Ni, con preferencia Co, opcionalmente de 0,5 a 10 % en peso de carburo cubico de los metales de los grupos IVb, Vb y VIb del sistema periodico, con preferencia Ti, Nb, Ta o combinaciones de ellos, y como resto WC.

En otra forma de realizacion de la invencion, el cuerpo de sustrato esta constituido de metal duro de la composicion mencionada anteriormente y presenta una zona de la superficie enriquecida con fase aglutinante de Co frente a la composicion total nominal y empobrecida de carburos cubicos, que posee partiendo desde la superficie del sustrato un espesor de 5 pm a 30 pm, con preferencia de 10 pm a 25 pm, siendo el contenido de Co en la zona de la superficie enriquecida con fase aglutinante de Co al menos 1,1 veces mayor que en el nucleo del sustrato y siendo el contenido de carburos cubicos en la zona de la superficie enriquecida con fase aglutinante de Co como maximo 0,5 veces el contenido de carburos cubicos en el nucleo del sustrato.

La prevision de una zona de la superficie enriquecida con la fase aglutinante de Co en el sustrato de metal duro mejora la tenacidad del cuerpo del sustrato y abre un campo de aplicacion mas amplio de la herramienta, empleando sustratos de metal duro con una zona de la superficie enriquecida con fase aglutinante de Co con preferencia para herramientas de corte para la mecanizacion de acero, en cambio las herramientas de corte para la mecanizacion de hierro fundido se fabrican con preferencia sin tal zona de la superficie enriquecida con fase aglutinante de Co.

La invencion comprende tambien un procedimiento para la fabricacion de un inserto de corte de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que sobre un cuerpo de sustrato de metal duro, de cermet, o de ceramica se aplica por medio de procedimientos-CVD, un revestimiento de varias capas aplicado con un espesor total de la capa de 5 a 40 pm, que partiendo desde la superficie del sustrato presenta una o mas capas de material duro, sobre las capas de material duro presenta una capa de alfa-alumina (a-Al2 03) con un espesor de las capas de 1 a 20 pm y opcionalmente, al menos en secciones sobre la capa de a-A^03, presenta una o mas capas adicionales de material duro como capas decorativas o capas de identificacion del desgaste, en el que las condiciones de separacion para la capa de a-Al2 03 se seleccionan para que la capa de a-Al2 03 presente una orientacion cristalografica prioritaria, caracterizado por un coeficiente de textura TC (0 0 12) > 5 para la direccion de crecimiento (0 0 12) con

TC(0 0 12) =

1(0 0 12) Io(0 0 12)

1 ^ I(hkl) T1 n£fl0(hkl)_

en la que

I(hkl) son las intensidades medidas a traves de difraccion por rayos-X de los reflejos de refraccion,

I0(hkl) son las intensidades estandar de los reflejos de difraccion segun pdf-Karte 42-1468,

n es el numero de los reflejos utilizados para el calculo y para el calculo de TC(0 0 12) se utilizan los siguientes reflejos:

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Refleio (h k l): Intensidad estandar In(hkl):

(0 1 2): 70

(1 0 4): 97

(1 1 0): 42

(1 1 3): 100

(1 1 6): 82

(3 0 0): 45

(0 0 12): 2

y se somete el sustrato despues de la aplicacion del revestimiento de varias capas a un tratamiento de chorreado en seco o de chorreado humedo, con preferencia a un tratamiento de chorreado en seco, utilizando un medio de chorreado granulado, en el que el medio de chorreado presenta con preferencia una dureza mas reducido que corindon (a-Al2 O3) y en el que la presion de chorreado, la duracion del chorreado y el angulo de chorreado del tratamiento de chorreado se seleccionan para que la capa de a-Al2 O3 presenta despues del tratamiento de chorreado una tension residual en el intervalo de 0 a +300 MPa y el sustrato presenta despues del chorreado dentro de un intervalo de 0 a 100 mm de la superficie del sustrato un mmimo de tension residual en el intervalo de -2000 a - 400 MPa.

PROCEDIMIENTO DE MEDICION

El analisis no destructivo y selectivo de fases de tensiones residuales solamente es posible a traves de procedimientos de difraccion de rayos-X (ver, por ejemplo, V. Hauk. Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods. Elsevier, Amsterdam, 1997"). El procedimiento sin2^ ampliamente extendido (E. Macherauch, P. Muller, Z. angew. Physik 13 (1961), 305) para el analisis de rayos-X de tensiones residuales se basa en la hipotesis de un estado de tension homogeneo dentro de la profundidad de penetracion de la radiacion-X y proporciona solamente un valor medio para la porcion de la tension en un plano. Por lo tanto, el procedimiento sin2^ no es adecuado para la investigacion de sistemas-CVD de varias capas, tratados con chorreado, en los que dentro de distancias cortas se esperan modificaciones empinadas o graduales de la tension residual. En su lugar se aplican en tales casos procedimientos desarrollados como por ejemplo el "Procedimiento Universal Plot", que permiten en capas finas la deteccion de gradientes de tension residual (Ch. Genzel en: E.J. Mittemeijer, P. Scardi (Herausg.) Diffraction Analysis of the Microstructure of Materials. Springer Series in Material Science, Vol. 68 (2004), pagina 473; Ch. Genzel, Mat. Science and Technol. 21 (2005), 10). Puesto que las tensiones residuales de acuerdo con la invencion se consiguen a traves de un tratamiento en chorreado en seco utilizando un medio de chorreado, cuya dureza es menor que la del corindon (a-A^), no se provocan en la capa de a-A^03 ninguno o solo grados de perturbacion muy reducidos y solo una modificacion reducida de la tension residual. Opcionalmente, las capas decorativas o capas de reconocimiento del desgaste dispuestas sobre la capa de a-A^03, se retiran a traves de procedimientos abrasivos, que modifican, por su parte, el estado de tension residual en la capa de a-A^03 remanente solamente en las zonas de la capa proximas a la superficie hasta 1 pm de profundidad de penetracion. Con los parametros de medicion utilizados aqrn, la senal de medicion de la capa de a-A^03 procede de una profundidad de informacion de aproximadamente > 1,5 mm. Puesto que los datos de medicion no han proporcionado ninguna indicacion de gradientes fuertes de la profundidad de la tension residual en la capa de a-Ah03, estos han sido evaluados segun el procedimiento sin2^.

Las tensiones residuales de las capas se realizaron en el modo de difraccion dispersiva angular sobre un difractometro de 5 drculos de GE Inspection Technologies (anteriormente Seifert), ETA (Ch. Genzel, Adv. X-Ray Analysis, 44 (2001), 247.). Los parametros aplicados para las mediciones y para la determinacion de las tensiones residuales se agrupan en la Tabla 1 siguiente.

El analisis no destructivo de la distribucion de la tension residual en la zona de la superficie lfmite entre el cuerpo de sustrato y el revestimiento solamente es posible a traves de difraccion de rayos-X de alta energfa utilizando radiacion de sincrotronos paralela intensiva. Para calcular la influencia del procedimiento de radiacion sobre el estado de la tension residual en la proximidad de la superficie del sustrato se aplico difraccion dispersiva de energfa. En este caso, se utilizo el "procedimiento de longitudes de ondas multiples modificado" (como se describe en C. Stock, Promotionsarbeit, TU Berlin, 2003; Ch. Genzel, C. Strock, W. Reimers, Mat. Sci. Eng., A 372 (2004), 28), que proporciona el perfil de profundidad de las tensiones residuales en el sustrato hasta una profundidad de penetracion dependiente del material del sustrato. En sustratos de WC-Co, esta profundidad de penetracion es aproximadamente 10 mm. Los experimentos se realizaron en el Centro de Medicion de Investigacion de Material EDDI (Energy Dispersive Diffraction), que es gestionado por el Helmholtz-Zentrum Berlin fur Materialien und Energie GmbH en el Synchrotron-Speicherring BESSY (Ch. Genzel, I. A. Denks, M. Klaus, Mat. Sci. Forum 524-525 (2006), 193). Los parametros experimentales correspondientes se indican en la Tabla 2.

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Tabla 1: Parametros experimental para el analisis de la tension residual del revestimiento

Radiacion: CuKa (sin filtro-Kp) 40 kV / 45 mA (foco fino largo)

Modo de difraccion: Dispersivo angular

Elementos opticos: • Haz primario : semilente policapilar • Haz difractado: optica de haces paralelos (0,4° Soller-Blende+ 001-LiF Monocromador)

Reflexiones: Al2O3: 116 (20 = 57,5°) Zona de medicion en 20: 56,0° < 20 < 59,0°; A20 = 0,05°

Zona-Y: 0° ...89.5° (sin2Y = 0 ... 0,99996) Ancho de paso para 0 < y < 80°: Asin2Y = 0,05°; para y > 80°: Ay = 0,5°

Duracion de la medicion: 15s / fase en A20 (0,05°)

Evaluacion lmeas de difraccion:: Pearson VII-Funcion para las lmeas Ka1 y Ka2

Coeficientes de absorcion lineal:: Ha!203 = 124 cm-1 77---------,. . -----7—:—:----. . .----7i--------------------------------------------------------

Constantes de difraccion elastica: AI2O3: si(116) = -0,474 x 10"6 MPa"1 (DEC)*) 1/2 s2 (024) = 2,83 x 10"6 MPa-1

*) Calculado con la ayuda de las constantes de elasticidad monocristalina de AhO3 (Landoldt-Bornstein, New Series, Grupo III, Volumen 11, Springer, Berlin, 1979) y TiN (W. Kress, P. Roedhammer, H. Bilz, W. Teuchert, A. N. Christensen. Phys. Rev. B17 (1978), 111.) segun el modelo de Eshelby-Kroner (J. D. Eshelby. Proc. Roy. Soc. (London) A241 (1957), 376; E. Kroner, Z. Physik 151 (1958), 504.)

Tabla 1: Parametros experimentales para el analisis de la tension residual en los cuerpos de sustrato

Radiacion: Radiacion sincrotronica blanca, E = [10keV ... 120keV]

Modo de difraccion: Dispersivo de energfa

Seccion transversal del haz: 0,25 x 0,25 mm2

Absorbente: 2 cm grafito

Optica en el haz difractado: Sistema de doble hendidura con una abertura de 0,03 x 5 mm2

Angulo de difraccion 20 = 11: 0

Detector Detector cuerpo solido-LEGe (Canberra)

Modo de medicion: Modo-Y simetrico (Reflexion), y = 0° ... 89°, Ay = 4° fur 0 < y < 70° Ay = 2° fur 70° < y < 80° Ay = 1° fur 80° < y < 89°

Duracion de la medicion: 60 s / espectro de difraccion

Lmeas de difraccion evaluadas: 001,101, 110,002,201, 112

Constantes de difraccion elastica (1996), 426: tomada de B. Eigenmann, E. Macherauch, Mat.-Wiss. u. Werkstofftechn. 27

Calibracion: con polvo de W libre de tension en las mismas condiciones experimentales

Las mediciones de la textura se realizaron en un difractometro XRD3003PTS de la Firma GE Sensing and Inspection Technologies utilizando radiacion de Cu Ka. El tubo de rayos-X se acciono a 40 kV y 40 mA en el foco puntual. En el lado primario se utilizo una semilente policapilar con una abertura de medicion con tamano fijo, de manera que la superficie irradiada de la muestra se selecciono para que el rayo-X incida solamente sobre la superficie revestida. En

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el lado secundario se utilizo un intersticio Soller con 0,4° de divergencia y un filtro de Ni Kp de 0,25 mm de espesor. Se realizaron exploraciones en la disposicion 0-20 en la zona angular 20° < 20 < 100° con una anchura de paso de 0,25°. Las mediciones se realizaron en una superficie plana del inserto de corte revestido, con preferencia en la superficie libre. Las mediciones se realizaron directamente en la capa de alumina como capa mas exterior. En el caso de que sobre la capa de alumina a medir este presente otra capa, entonces se retira esta antes de la medicion por medio de un procedimiento, que no influye esencialmente en los resultados de la medicion, por ejemplo a traves de decapado. Para el calculo de los coeficientes de la textura TC(0 0 12) se utilizaron las intensidades de alturas punta. Sobre datos brutos medidos se aplicaron una sustraccion de fondo y un Peakfit parabolico en 5 puntos de medicion. No se realizaron otras correcciones de las intensidades punta, como por ejemplo decapado Ka 2 o correcciones de capa fina.

El tratamiento de chorreado utilizado para el ajuste del estado de tension residual de acuerdo con la invencion no genera ninguna modificacion significativa de anchuras de lmeas integrales y de intensidades de los reflejos de difraccion. Las repercusiones de procedimientos de tratamientos de repaso de accion abrasiva, que se aplican para la retirada de capas de cubierta dispuestas sobre la capa de a-A^O3, son segun la invencion, en efecto, reducidas, pero no se excluyen. Por lo tanto, la medicion de la textura se puede realizar en los insertos de corte segun la invencion en superficies, que no han sido sometidas a tales etapas de tratamiento de repaso, por ejemplo en la superficie libre del inserto de corte.

El coeficiente de textura TC(0 0 12) se define como se indica a continuacion:

TC(0 0 12) =

1(0 0 12) Io(0 0 12)

1 ^ I(hkl) T1 n£fl0(hkl)_

en la que

I(hkl) son las intensidades medidas y corregidas a traves de difraccion por rayos-X de los reflejos de difraccion, como se ha descrito anteriormente,

Reflejo (h k l): Intensidad estandar In(hkl):

(0 1 2): 70

(1 0 4): 97

(1 1 0): 42

(1 1 3): 100

(1 1 6): 82

(3 0 0): 45

(0 0 12): 2

La intensidad relativa, dada a traves de los coeficientes de textura TC(0 0 12) del reflejo de difraccion (0 0 12) es una medida para la orientacion prioritaria (0 0 1) o bien para la textura de las fibras de la capa de a-A^O3. De manera alternativa a la evaluacion del reflejo (0 0 12), se puede evaluar la textura tambien a traves del relejo de difraccion (0 0 6) como TC(0 0 6). Pero la utilizacion del reflejo (0 0 12) es preferible para los revestimientos de acuerdo con la invencion, por que el reflejo (0 0 6) de a-A^O3 no siempre se puede separar con seguridad del reflejo con frecuencia muy intensivo (2 0 0) del TiCN.

EJEMPLOS

Ejemplo 1

Cuerpos de sustrato de metal duro de WC/Co (placas de corte reversibles) de diferentes composiciones (HM1, HM2, HM3, HM4, HM5 y HM6) se revistieron en el procedimiento CVD de la secuencia de capas TiN - MT-TiCN - a-A^O3 - HT-TiCN con diferentes espesores de las capas individuales. Entre la capa de MT-TiCN y la capa de a-A^O3 se separo una capa fina de union y de nucleacion (< 1 pm) de TiAlCNO. Todos los revestimientos se fabricaron en un reactor de CVD del tipo Bernex BPX325S con circulacion radial de gas.

La capa de MT-TiCN fue separada a una presion de 90 mbares y las siguientes concentraciones de gas (las indicaciones porcentuales con respecto a los gases significan % en vol.): 2,0% TiCl4, 0,5% CH3CN, 10% N2, 87,5% H2.

Entre la capa de MT-TiCN y la capa de a-AhO3 se separo una capa de adhesion y de nucleacion fina (< 1 pm) en tres etapas del proceso.

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1. Ti(C,N) - Duracion: 20 min, Temperature: 1000°C, Presion: 500 mbares, concentraciones de gas: 5% CH4, 2% TiCl4, 25% N2, Resto H2

2. (Ti,Al)(C,N,O) - Duracion: 15 min, Temperature: 1000°C, Presion: 75 mbares, concentraciones de gas: 5% CO, 1% AICI3, 2% TiCl4, 25% N2, Resto H2

3. (Ti,Al)(C,N,O) - Duracion 5 min, Temperature: 1000°C, Presion: 175 mbares, concentraciones de gas: 5% CO, 2,5% CO2, 1% AlCis, 2% TiCl4, 20% N2, Resto H2.

A continuacion se nucleo la capa de a-AhO3 a traves del siguiente procedimiento:

1. Lavado con Ar, duracion 5 min

2. Tratamiento con 2% TiCU, 2% AlCh, resto H2, a T=1000°C, p = 175 mbares, duracion 5 min

3. Lavado con Ar, duracion 5 min

4. Oxidacion con 2,5% CO2, 12% CO, resto H2 a T=1000°C, p = 175 mbares, duracion 5 min

5. Lavado con Ar, duracion 5 min

6. Tratamiento con 2,5% AlCh, resto H2, z T=1000°C, p = 175 mbares, duracion 1 min.

Para la nucleacion adicional se separo una capa inicial de a-AhO3 fina sin utilizacion de compuestos cataltticos en las siguientes condiciones:

T = 1010°C; p = 75 mbares; 2,5% CO2; 2,0% HCl; 2,0% CO; 2,0% AlCls; resto H2, duracion 40 min.

Las condiciones de crecimiento de la capa de a-A^O3 de acuerdo con la invencion se seleccionados como sigue: T = 1010 °C, p = 85 mbares, concentraciones de gas: 91% H2, 3,0% CO2, 0,5% H2S, 3,5% HCl, 2,5% AlCl3. Todos los componentes de gas fueron introducidos al mismo tiempo en las concentraciones indicadas.

Las capas de a-AhO3 generadas ternan una orientacion prioritaria (0 0 1) muy alta con coeficientes de la textura TC(0 0 12) > 5.

Como referencia se recubrieron cuerpos de sustrato de metal duro de las mismas composiciones igualmente con la secuencia de capas TiN - MT-TiCN - a-A^O3 - HT-TiCN con los mismos espesores de las capas individuales, de manera que se separo de la misma forma entre la capa de MT-TiCN y la capa de a-A^O3 una capa de adhesion y de nucleacion fina (< 1 pm) de TiAlCNO. Encima se nucleo la capa de a-A^O3 de acuerdo con el estado de la tecnica.

Las condiciones de crecimiento de la capa de a-A^O3 de acuerdo con el estado de la tecnica se seleccionaron como sigue:

T = 1015 °C, p = 65 mbares, concentraciones de gas: 92,3% H2, 3,5% CO2, 0,2% H2S, 2,0% HCl, 2,0% AlCl3.

Las capas de a-A^O3 de acuerdo con el estado de la tecnica presentan solamente una orientacion prioritaria moderada (0 0 1).

Las composiciones de los cuerpos de sustrato de metal duro utilizados se indican en la Tabla 3. Los espesores de capa de las capas individuales y el coeficiente de textura TC(0 0 12) determinado para la capa de a-AhO3 se indican en la Tabla 4.

Tabla 3: Composiciones de metal duro

Metal duro: Composicion (% en peso) Dureza HV3

: Co WC Carburo metalico cubico Otros

HM1: 7 86,5 5 0,5 1500

HM2: 7,5 87 5 0,5 1500

HM3: 6 94 - - 1600

HM4: 5 86,5 8 0,5 1500

HM5: 5,5 86 8 0,5 1550

HM6: 10 81 8,5 0,5 1300

Tabla 4:

: Espesor de capa [pm] TC(0 0 12)


: Total TiN MT-TiCN A-Al2O3 HT-TiCN

Estado de la tecnica: a 17 0,5 9 6 0,5 4,4 + 0,7

Estado de la tecnica: b 20 0,5 9 9 0,5 4,5 + 0,9

Estado de la tecnica: c 20 0,5 6 12 0,5 4,9 + 0,4

Estado de la tecncia: d 10 0,5 4 4 0,5 2,5 + 0,4

Segun la invencion: A 17 0,5 9 6 0,5 6,0 + 0,2

Segun la invencion: B 20 0,5 9 9 0,5 6,1 + 0,3

Segun la invencion: C 20 0,5 6 12 0,5 6,2 + 0,2

Segun la invencion: D 10 0,5 4 4 0,5 5,5 + 0,5

5 Los coeficientes de textura TC[0 0 12] se indican como valores medios de mediciones en >6 insertos de corte diferentes de de al menos dos cargas de revestimiento diferentes.

Las placas de corte se sometieron a continuacion a un tratamiento de chorreado y se midieron las tensiones residuales de la capa de a-A^O3 asf como del cuerpo de sustrato en la zona de interfaz proxima al sustrato (NISZ). 10 Los resultados se reproducen en la tala 5. El valor "tension residual del sustrato NISZ" es en cada caso el valor mmimo dentro de las curvas de la tension residual medida en la " zona de interfaz proxima al sustrato".

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Tabla 5: resultados de mediciones de tension residual en insertos de corte

Inserto de corte: Metal duro Sistema de capas Tramiento de chorreado Tension residual a-AI203- [MPa] Tension residual TiCN [MPa] Tension residual Sustrato NISZ [MPa]

1 (Estado de la tecnica): HM1 A No chorreado 136 598 -350

2 (Invencion): HM1 A Seco / ZrO2 / 5 bares / 120 seg. 96 255 -600

3 (Estado de la tecnica): HM3 a No chorreado 331 221 -230

4 (Estado de la tecnica): HM3 a Seco / ZrO2 / 5 bares / 120 seg. 197 323 -625

5 (Estado de la tecnica): HM3 A No chorreado 278 713 -375

6 (Invencion): HM3 A Seco / ZrO2 / 5 bares / 120 seg. 206 478 -510

7 (Estado de la tecnica): HM5 a No chorreado 256 330 -290

8 (Estado de la tecnica): HM5 a Seco / ZrO2 / 5 bares / 120 seg. 156 325 -940

9 (Estado de la tecnica): HM5 A No chorreado 308 427 -225

10 (Invencion): HM5 A Seco / ZrO2 / 5 bares / 120 seg. 135 396 -860

11 (Estado de la tecnica): HM5 a No chorreado 369 612 -380

12 (Estado de la tecnica): HM6 a Seco / ZrO2 / 5 bares / 120 seg. 156 525 -976

13 (Estado de la tecnica): HM6 A No chorreado 411 544 -204

14 (Invencion): HM6 A Seco / ZrO2 / 5 bares / 120 seg. 147 257 -1005

15 (Estado de la tecnica): HM2 b No chorreado 240 984 -180

16: HM2 b Seco / ZrO2 / 5 98 595 -580

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

(Estado de la tecnica): bares / 120 seg.

17 (Estado de la tecnica): HM2 B No chorreado 224 1280 -55

18 (invencion): HM2 B Seco / ZrO2 / 5 bares / 120 seg. 22 654 -620

19 (Estado de la tecnica): HM4 C No chorreado 191 1140 -280

20 (Invencion): HM4 C Seco / ZrO2 / 5 bares / 120 seg. 77 733 -720

21 (Estado de la tecnica): HM2 D No chorreado 435 870 -180

22 (Invencion): HM2 D Seco / ZrO2 / 5 bares / 120 seg. 121 -16 -920

Ejemplo 2 - Ensayos de mecanizacion por arranque de virutas

Con las placas de corte fabricadas de acuerdo con el ejemplo 1 se sometieron arboles de levas a una mecanizacion exterior en el corte interrumpido de acuerdo con los siguientes parametros de ensayo:

Pieza de trabajo: Material: Mecanizacion: Datos de corte:

Geometna de la herramienta: Vida de la herramienta:

Arbol de levas 16MnCr5 (Rm=600-700N/mm2)

Torneado longitudinal en el corte interrumpido; mecanizacion humeda Vc = 220 m/min f = 0,4 mm ap = 2,5 mm DNMG150608-NM4

Estado de la tecnica: Inserto de corte 11 segun Tabla 5: 54 componentes

Invencion: Inserto de corte 14 segun Tabla 5: 80 componentes

La figura 1 muestra la herramienta de acuerdo con el estado de la tecnica (inserto de corte 11 segun la Tabla 5) despues de la mecanizacion de 54 componentes. Al final de la actividad, se pudieron reconocer tanto desgaste de crater como tambien desgaste de entalladura y roturas en el canto de corte. El desgaste de crater es una forma de desgaste tfpica durante el torneado de materiales de acero, que aparece en virtud de la falta de resistencia al desgaste a alta temperatura de corte a traves de sobrecarga termica de la herramienta. Las entalladuras y roturas en el canto de corte son, en cambio, signos de una tenacidad insuficiente de la herramienta en las condiciones de trabajo seleccionadas.

La figura 2 muestra el inserto de corte de acuerdo con la invencion (inserto de corte 14 segun la Tabla 5) despues de la mecanizacion de 80 componentes. El inserto de corte tiene claramente desgaste de crater menos significativo y ninguna entalladura.

Ejemplo 3: Ensayos de mecanizacion por arranque de virutas

Las placas de corte fabricadas de acuerdo con el ejemplo 1 fueron sometidas al llamado ensayo de torneado de liston (ensayo en el corte fuertemente interrumpido). En este ensayo se investiga el comportamiento de tenacidad de placas de corte reversibles, mecanizando un arbol equipado con cuatro listones de acero bonificado en un proceso de torneado longitudinal exterior. Los listones, que son mecanizados en este caso por arranque de virutas, representan solamente una parte de la periferia, de manera que aparece una accion fuertemente impactante sobre los cortes de la herramienta. Como vida de la herramienta se determina el numero de las entradas en las piezas de trabajo hasta el fallo de los cortes a traves de rotura (numero de impactos).

Material 42CrMo4; Rm = 800 N/mm2

Mecanizacion: Torneado longitudinal en el corte interrumpido; mecanizacion humeda

Datos de corte: Vc = 170

f = 0,32 mm ap = 2,5 mm

Geometna de la herramienta: CNMG120412-NM4

Vida de la herramienta / numero de impactos (valor medio respectivo de 6 insertos de corte ensayados) Estado de la tecnica: Inserto de corte 15 segun Tabla 5: 497 componentes

Invencion: Inserto de corte 18 segun Tabla 5: 1946 componentes

Ejemplo 4: Ensayos de mecanizacion por arranque de virutas

Con placas de corte fabricadas segun el ejemplo 1 se sometieron carcasas de bombas de la fundicion de grafito esferico GGG50 a una mecanizacion de torneado (desbaste en el corte interrumpido) segun los siguientes parametros de ensayo:

10

Pieza de trabajo: Mecanizacion: Datos de corte:

Arbol de levas

Torneado en el corte interrumpido; mecanizacion en seco Vc = 190 m/min. f = 0,5 mm ap = 23,0 mm

Geometna de la herramienta: DNMG150608-NM4

Vida de la herramienta Estado de la tecnica: Inserto de corte 3 segun Tabla 5: 70 componentes

Invencion: Inserto de corte 6 segun Tabla 5: 200 componentes

15

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

REIVINDICACIONES

1.- Inserto de corte de un cuerpo de sustrato de metal duro, de cermet, o de ceramica y de un revestimiento de varias capas aplicado encima por medio de un procedimiento CVD con un espesor total de la capa de 5 a 40 pm, partiendo desde la superficie del sustrato presenta una o mas capas de material duro, sobre las capas de material duro presenta una capa de alfa-alumina (a-Al2 O3) con un espesor de las capas de 1 a 20 pm y opcionalmente, al menos en secciones sobre la capa de a-Al2 O3, presenta una o mas capas adicionales de material duro como capas decorativas o capas de identificacion del desgaste, caracterizado por que

la capa de a-Al2 O3 presenta una orientacion cristalografica prioritaria, caracterizado por un coeficiente de textura TC (0 0 12) > 5 para la direccion de crecimiento (0 0 12) con

TC(0 0 12) =

1(0 0 12) Io(0 0 12)

1 ^ I(hkl) T1 n£fl0(hkl)_

en la que

I(hkl) son las intensidades medidas a traves de difraccion por rayos-X de los reflejos de difraccion,

I0(hkl) son las intensidades estandar de los reflejos de difraccion segun pdf-Karte 42-1468, n es el numero de los reflejos utilizados para el calculo y para el calculo de TC(0 0 12) se utilizan los siguientes reflejos:

(0 1 2), (1 0 4), (1 1 0), (1 1 3), (1 1 6), (3 0 0) y (0 0 12), que poseen segun pdf-Karte 42-1468 las siguientes intensidades estandar Ig(hkl):

Refleio (h k l)

Intensidad estandar In(hkl):

(0 1 2)

70

(1 0 4)

97

(1 1 0)

42

(1 1 3)

100

(1 1 6)

82

(3 0 0)

45

(0 0 12)

2

y en el que la capa de a-Al2 03 presenta una tension residual en el intervalo de 0 a +300 MPa y el sustrato presenta dentro de un intervalo de 0 a 100 mm de la superficie del sustrato un mmimo de tension residual en el intervalo de -2000 a -400 MPa.
2.- Inserto de corte de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la fabricacion del inserto de corte comprende que se someta el sustrato despues de la aplicacion del revestimiento de varias capas a un tratamiento de chorreado en seco o en humedo, con preferencia a un tratamiento de chorreado en seco, utilizando un medio de chorreado granulado, presentando el medio de chorreado con preferencia una dureza menor que el corindon a- AI2 03.
3. - Inserto de corte de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que las capas de material duro dispuestas sobre la superficie de sustrato y debajo de la capa de a-A^03 y las capas de material duro dispuestos opcionalmente, por secciones, sobre la capa de a-Ah03 estan constituidas de carburos, nitruros, oxidos, carbonitruros, oxinitruros, oxicarburos, oxicarbonitruros, boruros, boronitruros, borocarburos, borocarbonitruros, borooxinitruros, borooxocarburos o borooxocarbonitruros de los elementos de los grupos IVa a Vila del sistema periodico y/o del aluminio, y/o de fases metalicas mixtas y/o de mezclas de fases de los compuestos mencionados anteriormente.
4. - Inserto de corte de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las capas de material duro dispuestas sobre la superficie de sustrato y debajo de la capa de a-Al2 03 estan constituidas de TiN, TiCN y/o de TiAlCNO y las capas presentan, respectivamente, espesores de capa en el intervalo de 0,1 mm a 15 mm, presentando una capa de material duro de TiAlCNO, cuando esta esta presente y esta dispuesta inmediatamente debajo de la capa de a-Ah03, con preferencia un espesor de capa en el intervalo de 0,1 mm a 1 mm y en el que una capa de material duro de TiN o TiCN, cuando esta esta presente, presenta con preferencia un espesor de capa en el intervalo de 2 mm a 15 mm, de manera especialmente preferida en el intervalo de 3 mm a 10 mm.
5. - Inserto de corte de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las capas de material duro dispuestas sobre la superficie de sustrato y debajo de la capa de a-Al2 03 constituidas de TiN, TiCN y/o de TiAlCNO presentan juntas un espesor total de capa en el intervalo de 3 mm a 16 mm, con preferencia en el intervalo de 5 mm a 12 mm, de manera especialmente preferida de 7 mm a 11 mm.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50
6. - Inserto de corte de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el revestimiento de varias capas presenta a partir de la superficie del sustrato la siguiente secuencia de capas: TiN - TiCN - TiAICNO - a-Al2 O3, en el que estan presentes, al menos por secciones, sobre la capa de a-Al2 O3, una capa de TIN, una capa de TiCN, una capa de TIC o una combinacion de ellas.
7. - Inserto de corte de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo de sustrato presenta dentro de una zona desde la zonas de la superficie mas exterior hasta una profundidad de 10 mm desde la superficie mas exterior del cuerpo de sustrato un mmimo de tension residual de al menos -400 MPa, con preferencia de al menos -600 MPa, de manera especialmente preferida de al menos -800 MPa.
8. - Inserto de corte de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo de sustrato esta constituido de metal duro, que contiene con preferencia de 4 a 12 % en peso de Co, Fe y/o Ni, con preferencia Co, opcionalmente de 0,5 % a 10 % en peso de carburo cubico de los metales de los Grupos IVb, Vb y VIb del sistema periodico, con preferencia Ti, Nb, Ta o combinaciones de ellos, y como resto WC.
9. - Inserto de corte de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo de sustrato esta constituido de metal duro y presenta una composicion total nominal del cuerpo de sustrato con zona superficial enriquecida con fase aglutinante de Co y empobrecida de carburos cubicos, que presenta a partir de la superficie del sustrato un espesor de 5 mm a 30 mm, con preferencia de 10 mm a 25 mm, siendo el contenido de Co en la zona de la superficie enriquecida con fase aglutinante de Co al menos 1,5 veces mayor que en el nucleo del sustrato y siendo el contenido de carburos cubicos en la zona de la superficie enriquecida con fase aglutinante de Co como maximo 0,5 veces el contenido de carburos cubicos en el nucleo del sustrato.
10.- Procedimiento para la fabricacion de un inserto de corte de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que sobre un cuerpo de sustrato de metal duro, de cermet, o de ceramica se aplica por medio de procedimientos-CVD, un revestimiento de varias capas aplicado con un espesor total de la capa de 5 a 40 pm, que partiendo desde la superficie del sustrato presenta una o mas capas de material duro, sobre las capas de material duro presenta una capa de alfa-alumina (a-Al2 03) con un espesor de las capas de 1 a 20 pm y opcionalmente, al menos en secciones sobre la capa de a -AI2 03, presenta una o mas capas adicionales de material duro como capas decorativas o capas de identificacion del desgaste, en el que las condiciones de separacion para la capa de a-Al2 03 se seleccionan para que la capa de a-Al2 03 presente una orientacion cristalografica prioritaria, caracterizado por un coeficiente de textura TC (0 0 12) > 5 para la direccion de crecimiento (0 0 12) con

TC(0 0 12) =

1(0 0 12) Io(0 0 12)

1 ^ I(hkl) T1 n£fl0(hkl)_

en la que

I(hkl) son las intensidades medidas a traves de difraccion por rayos-X de los reflejos de refraccion,

I0(hkl) son las intensidades estandar de los reflejos de difraccion segun pdf-Karte 42-1468, n es el numero de los reflejos utilizados para el calculo y para el calculo de TC(0 0 12) se utilizan los siguientes reflejos:

(0 1 2), (1 0 4), (1 1 0), (1 1 3), (1 1 6), (3 0 0) y (0 0 12), que poseen segun pdf-Karte 42-1468 las siguientes intensidades estandar Ig(hkl):

Refleio (h k l)

Intensidad estandar

In(hkl):

(0 1 2)

70

(1 0 4)

97

(1 1 0)

42

(1 1 3)

100

(UL6_______________

82

(3 0 0)

45

(0 0 12)

2

y se somete el sustrato despues de la aplicacion del revestimiento de varias capas a un tratamiento de chorreado en seco o de chorreado humedo, con preferencia a un tratamiento de chorreado en seco, utilizando un medio de chorreado granulado, en el que el medio de chorreado presenta con preferencia una dureza mas reducido que corindon (a-Al2 03) y en el que la presion de chorreado, la duracion del chorreado y el angulo de chorreado del tratamiento de chorreado se seleccionan para que la capa de a-Al2 03 presenta despues del tratamiento de chorreado una tension residual en el intervalo de 0 a

+300 MPa y el sustrato presenta despues del chorreado dentro de un intervalo de 0 a 100 mm de la superficie del sustrato un mmimo de tension residual en el intervalo de -2000 a -400 MPa.