SE513978C2 - Belagt hårdmetallskär för skärande metallbearbetning - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 513 978 2 innehåller 3-20 vikt-%, företrädesvis 4-14 vikt-% bindefas, varvid bindefasen innehåller i fast lösning uttryckt i vikt-%: Co 20-80, Mo 1-6, tillsättas upp till 5 vikt-%.

Kolhalten bör vara mellan ett lägre värde motsvarande grän- Cr 3-25, och resten Ni. Vanadin kan lb sen till eta-fas och ett övre motsvarande stökiometrisk kol- halt. I vissa utföranden kan kolhalten vara lägre än gränsen till eta-fas och sålunda kommer härdmetallen att innehålla även eta-fas eller andra understökiometriska faser. 3-20 vol-% har befunnits lämpligt.

Vid alltför höga kol- eller kromhalter bildas spröd krom- karbid och därför mäste både krom- och kolhalterna väljas så att bildningen av kromkarbid minimeras.

Uppfinningen kan användas i skär med jämn bindefasfördel- ning eller, företrädesvis, i skär med en bindefasanrikad ytzon med ett djup av upp till 50 pm. Graden av bindefasanrikning skall vara mellan 1.2 och 2.5 gånger, företrädesvis mellan 1.4 och 1.8, högre än bindefashalten i den resterande delen av skäret. Sådana skär kan tillverkas t.ex. genom att använda tekniken som beskrivs i US 4,610,931.

Härdmetallen beläggs med slitstarka skikt av kända slag ut- nyttjande känd CVD-, MTCVD- eller PVD-teknik. MTCVD är en CVD- process vid en något lägre temperatur där man använder sig av t.ex. CH3CN-gas och TiCl4. Om den totala Ni-halten är mer än omkring 1.5 vikt-% måste hänsyn tagas för att undvika de skad- liga effekterna av Ni på skiktets kvalitet genom att t.ex. an- vända åtminstone i början av skiktprocessen en ganska låg tem- peratur, företrädesvis <960 °C.

Skikt omfattande Ti-karbider och/eller -karbonitrider och/eller -oxykarbider, och/eller -oxynitrider och/eller karbonitrider och/eller Al2O3 är speciellt användbara. I ett lämpligt utförande beläggs åtminstone ett 0.3-5 pm, mellanskikt omfattande TiCO eller TiCON eller TiON inom en Ti-innehållande del av skiktet, omkring 0.5-3 pm från hàrdmetallytan.

Skikttjockleken skall vara <3O pm, företrädesvis 3-16 pm. = För fräsningstillämpningar bör den totala skikttjockleken lämp- oxy- ligen vara 3-7 pm och för svarvningstillämpningar bör den tota- la skikttjockleken vara 5-16 pm. *i 10 15 20 25 513 978 Den föreliggande uppfinningen är speciellt användbar vid bearbetning av stål och gjutjärn när skàren utsätts för rela- tivt korta, periodiska pàkänningar då skàreggen är mekaniskt och termiskt belastad under korta tider åtföljda av korta pe- rioder då den är obelastad och nedkyld och sålunda efter en viss tid förorsaka termisk eller mekanisk utmattning i skàreg- gen. Detta är typiskt för fräsningsoperationer men förekommer även i vissa svarvoperationer av intermittent karaktär.

Orsaken till den observerade verktygslivslängden för den belagda hårdmetallen enligt föreliggande uppfinning är fortfa- rande ej utredd i detalj. Det antas att genom de sprickor som redan finns närvarande i skiktet, eller bildas under bearbet- ningen i hårdmetallen eller i skiktet, oxideras bindefasen och förorsakar en försvagning av områden närmast skiktet. Genom att använda de mer oxidationsresistenta bindefassammansättningarna motverkas avsevärt denna typ av nackdel. Kromtillsatsen ökar bindefasens oxidationsmotstånd. Tillsats av nickel däremot både ökar oxidationsmotståndet hos Co-bindefasen men minskar dess- utom deformationshårdnandet genom att stabilisera Co-fasens FCC-struktur.

Uppfinningen har beskrivits med avseende på hårdmetallskär för skärande bearbetning. Det är uppenbart att uppfinningen kan användas för tillämpningar inom skärande metallbearbetning i belagda skär innehållande åtminstone en hård beståndsdel av en karbid, nitrid och/eller karbonitrid av metallerna Ti, Ta, Hf, Nb, V, Zr och W, eller fasta lösningar av dessa, i en bindefas. 10 15 20 25 30 35 515 978 4 Exempel 1 Skär för skärande bearbetning enligt uppfinningen med föl- jande sammansättning i vikt-%: 91.5 WC, 3.9 Co, 3,7 Ni, 0.8 Cr, 0.1 Mo tillverkades och belades med ett skikt bestående av 0.5 pm TiN, 5 pm Ti(C,N) och 3 pm Al2O3. TiN-skiktet utgjorde det inre skiktet närmast hàrdmetallen och det belades vid en tem- peratur av 920 °C. Ti(C,N)-skiktet belades medels MTCVD-teknik.

Som referenser användes skär med sammansättningen i vikt-%: 91.5 WC och 8.5 Co och belagda med samma skikt.

Praktiskt prov: 50 skär fràn varje grupp provades under följande betingel- ser: Operation: Planfräsning Pumphus i gràtt gjutjärn (SSOl25) 263 m/min 0.14 mm/tand Arbetsstycke: Skärhastighet: Matningshastighet: Skärdjup: 2 mm Skärvätska: Emulsion Skärtyp: TNHF1204AN-65 Livslängdskriterium: Kanturbrytningar ur arbetsstycket.

Livslängd: Skär enligt uppfinningen: 29 minuter Referensskär: 16 minuter Exempel 2 Skär för skärande bearbetning enligt uppfinningen med föl- jande sammansättning i vikt-%: 94.5 WC, 3.3 Co, 1.1 Ni, 0.6 Cr, 0.1 Mo, 0.2 V tillverkades och belades med ett skikt bestående av 1.5 pm TiC, 0.5 pm Ti(C,O), 7 pm Ti(C,N) TiC-skiktet utgjorde det inre skiktet närmast hàrdmetallen och och 6 pm Al2O3.

Al2O3-skiktet var det yttersta skiktet.

Som referenser användes skär med sammansättningen i vikt-%: 94.7 WC och 5.3 Co och belagda med samma skikt.

Praktiskt prov: Operation: Intermittent plansvarvning Arbetsmaterial: Ferrit-perlitiskt nodulärt gjutjärn SS0727 Skärhastighet: 150 m/min Matningshastighet: 0.1 mm/varv Skärdjup: 2.0 mm 11 '- 515 978 L'l Skärvätska: Ingen Skärtyp: CNMAl204l2 Livslängdskriterium: Fasförslitning Livslängd: Skär enligt uppfinningen: Referensskär: 0.3 mm 75 minuter 41 minuter

Claims (3)

10 15 20 25 513 978 6 Krax

1. Belagt skär för skärande metallbearbetning med ett substrat av hårdmetall innehållande en hård beståndsdel av en karbid, nitrid och/eller karbonitrid av metallerna Ti, Ta, Hf, Nb, V, Zr och W eller fasta lösningar av dessa i 3-20 vikt-%, företrädesvis 4-14 vikt-% bindefas samt ett ytskikt innehållande Ti-karbider och/eller -karbonitrider och/eller oxykarbider och/eller oxynitrider och/eller oxykarbonitrider och/eller aluminiumoxid k à n n e t e c k n a t av att bindefasen består av i fast lösning, i vikt-%, Co 20-80, Mo 1- 6, Cr 3-25, V upp till 5 samt resten Ni, varvid krom- och kolhalterna är anpassade så att bildningen av kromkarbid är minimerad.

2. Belagt skär enligt föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att substratet har en upp till 50 pm tjock bindefasanrikad ytzon.

3. Belagt skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att sustratet innehåller 3-20 vol-% eta-fas eller annan understökiometrisk fas. 4 Belagt skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att ytskiktet innehåller ett 0.3-5 pm, företrädesvis 0.5-1.5 um, mellanskikt omfattande TiCO, TiCON eller TiON inom en Ti-innehållande del av skiktet omkring 0.5-3 pm från skärets yta.