NO842235L - Slitasjebestandig enkeltlagsbelegg for metallskjaereverktoey - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt metallskjæring

og mer spesielt slitasjebestandige enkeltlagsbelegg for metallskjæreverktøy.

En av hovedtendensene innen moderne metallskjæring er rettet mot forbedringer innen ytelsesegenskaper til slitasjebestandige belegg for metallskjæreverktøy basert på for-bedring av deres kjemiske sammensetning.

Det er tidligere kjent et slitasjebestandig enkeltlagsbelegg for metallskjæreverktøy (kfr. US patent nr. 4.169.913,

Cl. 428-217, 1979) ,. som i det vesentlige er en forbindelse

av hafnium med elementene valgt fra gruppen C, N, 0.

Det nevnte belegg kan imidlertid p.g.a. et stort omfang av hafniumioner i praksis bare påføres på sementkarbidmetall-skjæreverktøy.

Et ytterligere tidligere kjent slitasjebestandig enkeltlagsbelegg for metallskjæreverktøy (kfr. US patent nr. 4.264.682, Cl. 428-336, 1981) er en fast oppløsning av forbindelsene

av overgangsmetaller fra gruppe IV (hvorav ett er hafnium), med karbon og/eller nitrogen.

Belegget inneholder titan som det andre overgangsmetallet

fra gruppe IV som utgjør en del av forbindelsen med karbon og/eller hydrogen.

Nevnte belegg utviser imidlertid et relativt høyt nivå med hensyn til fri egenenergi, hvilket resulterer i reaksjon av belegget med det materiale som bearbeides og således gir uheldig påvirkning av beleggets slitasjebestandighet.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er tilveie-bringelse av et slitasjebestandig enkeltlagsbelegg for metallskjæreverktøy, som inneholder et overgangsmetall fra gruppe IV i form av dets forbindelser med nitrogen og/eller karbon som en del av en fast oppløsning som også innbefatter hafnium som forbindelser med nitrogen og/eller karbon, og som vil forbedre beleggets slitasjebestandighet.

Nevnte formål oppnås på grunnlag av det faktum at et slitasjebestandig enkeltlagsbelegg for metallskjæreverktøy, hvilket belegg er en fast oppløsning-"av forbindelser av to gruppe IV-overgangsmetaller (hvorav ett er hafnium) med karbon og/eller nitrogen, ifølge oppfinnelsen inneholder«^rirkonium som det andre gruppe IV-overgangsmetallet i form av dets forbindelser med karbon og/eller nitrogen.

Foreliggende oppfinnelse bidrar til å redusere nivået av

fri egenenergi i belegget og øker således dets slitasjebestandighet.

Beste måte for utførelse av oppfinnelsen:

Det slitasjebestandige enkeltlagsbelegg kan påføres på metallskjæreverktøy på følgende måte.

Et metallskjæreverktøy fremstilt fra et hvilket som helst

av de hittil benyttede basislegeringer for verktøy anbringes under vakuum hvor hafnium og 4firkonium fordampes og ioniseres. Deretter forvarmes verktøyets basismetall og dets arbeidsoverflate renses ved bombardering med sirkonium- og hafniumioner. Deretter tilsettes karbon og/eller nitrogen, og dette bringes til å reagere med hafnium og sirkonium, hvilket resulterer i dannelse av en fast oppløsning av deres forbindelser, idet oppløsningen oppretter et slitasjebestandig enkeltlagsbelegg på verktøyoverflaten.

For en bedre forståelse av foreliggende oppfinnelse gis følgende illustrerende eksempler av praktisk utførelse.

Eksempel 1

20 stålbord med en diameter på 5 mm og med følgende prosentvise sammensetning:

og som på forhånd er blitt renset for smuss, anbringes i en spesiell beholder som plasseres i et vakumkammer, hvori det også er anordnet en katode bestående av like deler sirkonium og hafnium. Det tilveiebringes deretter et undertrykk på -3

1,33 x 10 Pa i kammeret hvorved det opprettes en elektrisk bue slik at sirkonium og hafnium kan fordampe og ionisere.

En negativ spenning påsettes borene for å akselerere de positivt ladede sirkonium- og hafniumionene, hvorved borenes arbeidsoverflate bombarderes med ionene av nevnte metaller for rensing og forvarming av verktøyenes basismetall. Deretter blir spenningen som er påført borene, redusert, og nitrogen gis adgang til vakuumkammeret for å reagere med hafnium og sirkonium med resulterende dannelse av et slitasjebestandig enkeltlagsbelegg på borenes overflate, idet belegget består av en fast oppløsning av hafnium- og sirkoniumforbindelser med nitrogen. Til slutt fjernes de ferdigbehandlede borene fra vakuumkammeret.

Det således oppnådde belegg har blitt testet for slitasjebestandighet (varighet) ved boring av hull med en dybde på

15 mm i en titan-aluminiumlegering med følgende prosentvise sammensetning: Al - 5, idet Ti utgjør resten, i en opprett-stående søyleboremaskin med rikelig tilførsel av kjølemiddel (10% vandig emulsjon), under følgende skjærebetingelser:

hvor S er hastigheten på boret som føres inn i den titan-legering som bearbeides, og v er borets rotasjonshastighet.

Boret ansees for å ha blitt sløvt når det begynner å gi fra seg pipelyder. Testresultatene ..har vist at varigheten for borene med foreliggende belegg øker fra 8 minutter til 24 minutter i gjennomsnitt sammenlignet med ubelagte bor.

Eksempel 2

Borene forsynt med et slitasjebestandig enkeltlagsbelegg som beskrevet i eksempel 1, ble benyttet. Samtidig med spennings-reduksjon på borene innføres acetylen i vakuumkammeret med det resultat at acetylenkarbonet begynner å reagere med hafnium og sirkonium for dannelse av et belegg på overflaten av borene, idet belegget består av en fast oppløsning av hafnium og sirkonium med karbon.

Belegget ble testet for slitasjebestandighet som i eksempel 1. Testresultatene viste at varigheten for borene øker fra 8 til 30 minutter i gjennomsnitt sammenlignet med ubelagte bor.

Eksempel 3

Man benyttet bor forsynt med slitasjebestandig enkeltlagsbelegg som beskrevet i eksempel 1. Samtidig med reduksjon av spenningen som ble påført borene, ble en blanding av acetylen og nitrogen innført i vakuumkammeret, hvorved karbon og nitrogen reagerer med hafnium og sirkonium for dannelse av et belegg på overflaten av borene, idet belegget består av hafnium- og sirkoniumforbindelser med nitrogen og karbon.

Belegget ble testet for slitasjebestandighet som i eksempel 1.

Testresultatene viste at varigheten for de belagte bor øker fra 8 til 35 minutter sammen-iignet med ubelagte bor.

Foreliggende oppfinnelse kan også anvendes for oppnåelse av bedre ytelsesegenskaper for forskjellige gjenstander som arbeider under friksjonsbetingelser, forhøyede temperaturer, høye trykk og korroderende media.

Industriell anvendbarhet

Foreliggende oppfinnelse har anvendelse for maskinering av strukturelle eller vanskelig maskinerbare materialer, spesielt for maskinering av titanbaserte legeringer.

Claims (1)

1. Slitasjebestandig enkeltlagsbelegg for metallskjæreverktøy, hvor belegget vesentlig utgjøres av en fast oppløsning av forbindelser av to grupper IV-overgangsmetaller med karbon og/eller nitrogen, idet ett av disse metaller er hafnium,

   karakterisert ved at nevnte slitasjebestandige enkeltlagsbelegg for metallskjæreverktøy inneholder Sirkonium som det andre gruppe IV-overgangsmetall i form av dets forbindelser med karbon og/eller nitrogen.