SE451002B - Beleggning for metallskerande verktyg - Google Patents

Description

25 30 35 40 451 002 volymen aluminiumnitrid i'en mängd av från 3 till 18 vikt-%, molybdennitrid i en mängd av från 2 till 8 viktet, kromnitrid i en mängd av 2 till 10 vikt-% och kiselnitrid i en mängd av från 0,5 till 10 vikt-%.

Tvåkomponentbeläggningen, som består av nitrider av krom och titan är något mindre dyrbar i tillverkning, under det att en flerkomponentbeläggning säkerställer ett högt nötningsmotstånd i ett bredare område av maskinbearbetbara material.

Båda utföringsformerna av beläggningen enligt föreliggande upp- finning, vid tillämpning på metallskärande verktyg, förbättrar deras nötningsmotstånd vid maskinbearbetning av rostfria stål och varmhâllfasta legeringar med 4-6 gånger jämfört med en känd beläggning baserad på titannitrid.

Vid maskinbearbetning av rostfria stål och varmhâllfasta legering- ar verkar kromnitrid i beläggningen bestående av titannitrid och kromnitrid som en barriär, som hindrar verksamma vidhäftnings- förlopp vid verktygets kontaktområden och ökar sålunda dess nötningsmotstândsförmâga_ Partiell oxidation av bornitrid, som vidare sker vid hög temperatur, som utvecklas under skärningsope- rationen, resulterar i _bildning av termodynamiskt stabila krom- oxider, som ännu mer minskar vidhäftnings-utmattningsförslitningen på verktyget.

Vid användning av en beläggning bestående av nitriderna av titan, aluminium, molybden, krom och kisel i ovannämnda förhållande säkerställer nitriderna en hög mikrohârdhet på beläggningen och tack vare deras jämna fördelning inom beläggningen träder de alla i funktion samtidigt. Allteftersom temperaturen i skärzonen ökas, underkastas de resulterande avnötningsprodukterna och ytskikten på beläggningen innehållande nitrider av aluminium, molybden oxidation med luftsyre och vattenånga till oxider. Den resulte- rande aluminiumoxiden sänker verktygets vidhäftande växelverkan med det bearbetade materialet och minskar beläggningens kemiska aktivitet. Den molybdenoxid, som bildas under skärningsoperatio- nen, äger smörjande egenskaper och bidrager till en minskad friktionskoefficient och följaktligen till sänkt temperatur 1 skärzonen. Då temperaturen ökas, börjar kromnitrid att sönder- delas med bildning av en stabil oxid skapande en elektrisk barriär 10 15 20 25 30 35 40 a 451 002 De omvandlade nitriderna skyddar titan och kiselnitrider från att förlora sin mekaniska hâllfasthet, vilka nitrider svarar för en hög hårdhet som hindrar återfördelningen av strömbärarna. inom beläggningens hela volym.

De kvantitativa proportionerna på de angivna nitriderna har valts så, att beläggningens termodynamiska stabilitet säkerställes.

Med hänsyn till det faktum att alla komponenterna i beläggningen är enhetligt fördelade i ovan angivna proportioner, är de perma- nent närvarande i verktygets kontaktyta och minskar effekterna från de faktorer, som sänker belâggningens hållbarhet under maskinbearbetning av rostfria stål och varmhâllfasta legeringar.

Beläggningen enligt föreliggande uppfinning kan anbringas på arbetsytan på varje metallskärande verktyg enligt ganska enkelt förfarande, t.ex. med användning av'ettav de kända sätten, som anges här nedan: a) spridning av en mosaikkatod tillverkad av en uppsättning plattor (segment) av ovan nämnda material i kväveatmošfär under ett tryck av (3-5)x10_3 mm Hg; b) katodisk finfördelning av en pulverliknande blandning be- stående av de ovan nämnda materialen i förutbestämda proportio- ner i en atmosfär av kväve under ett tryck av (3-5)xl0_3 mm Hg; c) förångning av en katod bestående av titan, legerad med antingen krom eller aluminium, molybden, krom och kisel i en vakuumkammare i kväveatmosfär (sätt att kondensera materia från plasma med jonbombardemang).

Föreliggande uppfinning kommer nu att mera helt framgå av föl- jande detaljerade beskrivning och beskrivande exempel.

Exempel 1 På arbetsytan av ett metallskärande verktyg (fräs) tillverkat av en legering hörande till gruppen K (ISO-klassificering) anbringa~ des en beläggning genom kondensation av substans från metallplasma 10 15 20 25 30 35 451 002 medelst jonbombardemang.' Detta förfarande utföres damm samtidig förångning av titan och krom och tillförsel av kväve i en vakuumkammare för att hålla dess tryck vid (2-5)xl0-3 mm Hg.

Proportionerna titan och krom i beläggningen inställes genom att variera urladdningsströmvärdena på varje förångare.

Provning utföres med fräsarna belagda med respektive en belägg- ning innehållande 10, 20 och 30 % kromnitrid, titannitrid ut- görande resten. ' Proven utföres vid längsskärning av en varmhållfast legering med följande sammansättning i vikt-%: C 0,1-0,16; Si under 0,6; Mn under 0,6; Cr 10,5-12; Ni 15-1,8; W L6-2; Mo 0,35-0,5; V 0,18-0,3; Fe rest. Skärförhållandena var följandei skärhas- tighet V = 37,3 m/min.; matning S = 0,15 mm/varv; skärdjup t '= 0,3-0,5 mm.

För att erhålla jämförbara resultat utfördes prov med ett skär- verktyg med den kända beläggningen av titannitrid under samma förhållanden. ' Provningsresultaten sammanställes i tabell 1 nedan.

Tabell 1 f' Beläggningskomponenter Halt, % Motståndsförmåga, min.

Tin-orm ' 10 21 ,s 20 25,5 30 _ 28,0 TiN - 4,9 Det framgår av ovanstående tabell 1 att vid maskinbearbetning av den varmhållfasta legeringen verktygets motståndsförmåga med beläggningen enligt föreliggande uppfinning är 2-5 gånger högre än motsvarande för verktyget med den kända beläggningen. tå 10 15 20 25 30 35 40 5 451 ooz Exempel 2 På en fräs med en icke omskärpt tre-fasetterad platta av en legering ur gruppen M eller K (enligt ISO) anbringades en be- läggning genom sättet att kondensera substans från en metall- plasma enligt förfarandet i exempel l; AlN 5,5 %, Mo2N 2,0 %, CrN 2 %, SiN 0,5 %, TiN rest. Fräsprovningen utfördes genom skärning av krom-nickel- stål innehållande i vikt-%: C under 0,12, Si under 0,8, Mn l-1,2, Cr 17-19, Ni 9-1, Ti omhring 0,8, Fe rest. beläggningen hade föl- jande sammansättning: Skärförhållandena var de följande: t = 3 mm, S = 0,3 mm/varv, V = 122 m/min.

Provet gav fräsen en motstândsförmâga på 30 minuter för 3 faset- ter.

För jämförelses skull provades en liknande fräs, som hade en be- läggning av titannitrid. Under samma förhållanden var dess mot-' stândsförmåga 5,4 minuter för 3 fasetter eller 5,5 gånger lägre än motsvarande för fräsen med beläggningen enligt föreliggande uppfinning.

Exempel 3 På en fräs med en tre-fasetterad icke omskärpt spets av en lege- ring ur gruppen K (enligt ISO) anbringades en beläggning genom kondensation av en substans från metállplasma; beläggningen AlN 18 %, Mo2N 4 %, CrN 5 %, SiN 5 %, TiN 68 %.

Provningen av fräsen utfördes som längsskärning av ett stål C 0,11-0,17, Si under 0,8, Cr 16-18, innehöll: innehållande i vikt-%: Ni 1|5_2|5] Fe rest; Skärförhâllandena var samma som i exempel 2 ovan. Proven visade att fräsens motståndsförmåga var 25 minuter för 3 fasetter.

Exempel 4 Försöket utföres på ett sätt liknande det som beskrivas 1 före- gående exempel 3, med undantag av att beläggningen som anbringa- aee bestod av; Am s,s s, Mezu 4 a, cin s a, sin :Lo e, 'rm rest. 10 15 20 25 30 35 40 451 0.02 6 Fräsens motståndsförmâga'enligt proven var 22 minuter för 3 fasetter.

Beläggningarna beskrivna i exemplen 3 och 4 säkerställde ökad motstândsförmåga för skärverktygen vid maskinbearbetning av rost- fria stål med ca 4,5 gånger jämfört med skärverktyget med belägg- ningen av titannitrid enbart (beskriven i exempel 2 ovan).

Exempel 5 Skilda beläggningar anbringades på arbetsytan på tre liknande kuggfräsar av snabbstål genom kondensation av en substans från där stålet innehöll: 6 % W, 5 % Mo, Fe rest.

På en kuggfräs anbringades en beläggning bestående av 20 % CrN, 80 % TiN; på en andra kuggfräs en beläggning bestående av 5 % AlN, 6 % Mo2N, 4 % CrN, 5 % SiN, TiN rest; på den tredje för jämförelses skull en känd beläggning baserad på TiN. " metallplasma; Provningen av kuggfräsarna utfördes på ett kuggfräsverktyg vid bearbetning av ett stål innehållande i vikt-%: C 1,6, Cr, Mn, Ti, N var och en omkring l, Fe rest.

Skärförhållandena var följande: antal dubbelslag per minut 125, cirkulär matning 0,25 min/dubbelslag.

Som ett resultat av proven var motståndsförmågan på kuggfräsen med beläggningen av CrN-TiN l040 minuter; motståndsförmågan på kuggfräsen med mnltikomponentbeläggningen var 1196 minuter; motståndsförmågan på kuggfräsen med beläggningen av TiN var 273 minuter, dvs. den var avsevärt lägre än motsvarande för verktygen med beläggningen enligt föreliggande uppfinning, vilket innebär 3,8 och 4,4 gånger lägre respektive.

Exempel 6 I» Försöket utfördes på ett sätt liknande det som beskrivas i exempel 3 ovan. En multikomponentbeläggning avsattes bestående av: AlN 3 %, Mo2N 2 %, CrN 2 %, SiN 3 %, TiN rest. Som ett resultat av proven var fräsens motståndsförmåga 18 minuter för 3 ytor, dvs. 2,4 gånger högre än motståndsförmågan för en liknande fräs med en beläggning av titannitrid. 10 15 20 7 451 oo2 Exemgel 7 Försöket utfördes enligt exempel 3. En multikomponentbeläggning anbringades som innehöll: AlN 3 %, Mo2N 8 %, CrN.2 %, SiN 3 %, TiN rest. Som ett resultat av proven var fräsens motståndsför- måga 25 minuter för 3 ytor, vilket är 3,3 gånger högre än mot- ståndsförmâgan för en liknande fräs med en beläggning av titan- nitrid.

Exemgel 8 Försöket utfördes på ett sätt liknande det som beskrivits i exem- pel 3. En multikomponentbeläggning avsattes med följande samman- sättning: AlN 3 %, Mo2N 8 %, CrN 10 %, SiN 3 %, TiN rest.

Proven visade att fräsens motståndsförmâga är 22 minuter för 3 ytor, dvs. 2,9 gånger högre än motståndsförmågan för en liknande fräs med den kända beläggningen av titannitrid.

Beläggningen enligt föreliggande uppfinning kan användas för vilket metallskärande verktyg som helst, borrar, fräsar, plan- fräsar etc., särskilt för verktyg tillverkade av snabbstål och som användes vid maskinbearbetning av delar tillverkade av rost- fria stål och varmhållfasta legeringar. '

Claims (1)

1. 451 002 Pàtentkrav Beläggning bestående av titannitrid för ett metallskärande verk- tyg, k ä n n e t e c k n a d av att beläggningen dessutom innehåller antingen kromnitrid i en mängd av från 10 till 30 vikt-% eller aluminiumnitrid i en mängd av från 3 till 18 vikt-%, molybdennitrid i en mängd av från 2 till 8 vikt-%,'krom- nitrid i en mängd av från 2 till 10 vikt-% och kiselnitrid i en mängd av från 0,5 till 10 vikt-%, allt taget i kombination och enhetligt och jämnt fördelat inom beläggningens volym.