DE7808394U1 - HARD ALLOY CUTTING TOOL WITH TITANIUM CARBONITRIDE COATING - Google Patents
HARD ALLOY CUTTING TOOL WITH TITANIUM CARBONITRIDE COATINGInfo
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Description
Schneidwerkzeug aus Hartlegierung mit Titankarbonitrid-Hard alloy cutting tool with titanium carbonitride
überzugcoating
Die Neuerung bezieht sich auf ein Schneidwerkzeug,
insbesondere eine abnehmbare Schneidplatte, zur Bearbeitung von Metallen, das aus einem Substrat aus einer harten
Metallegierung und einem dünnen und wenigstens auf den
aktiven Teilen des Werkzeugs haftenden überzug besteht. §The innovation relates to a cutting tool,
in particular a removable cutting plate, for machining metals, which consists of a substrate made of a hard
Metal alloy and a thin and at least on the
active parts of the tool is adhesive coating. §
Die Schneidplatten werden üblicherweise aus einer iThe cutting inserts are usually made of an i
Legierung hergestellt, die aus Wolframkarbid, einem oder 1Alloy made from tungsten carbide, one or 1
mehreren Karbiden von Metallen der Gruppen IV und V des |several carbides of metals of groups IV and V of the |
Periodensystems (d. h. Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta) - es handelt jPeriodic Table (i.e. Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta) - it concerns j
sich meistens um eine Mischung von TaC + TiC - und aus jare mostly a mixture of TaC + TiC - and j
einem Bindemetall der Gruppe Eisen, Nickel, Kobalt, mei- ja binding metal from the group iron, nickel, cobalt, mei- j
stens Kobalt, besteht. !at least cobalt. !
Um die Verschleißbeständigkeit und folglich die Lebensdauer dieser Platten zu verbessern, überzieht man sie
häufig mit einer oder mehreren dünnen Schichten, beispielsweise aus Titankarbid, Titannitrid oder der übereinanderschichtung
der beiden.In order to improve the wear resistance and consequently the service life of these plates, they are coated
often with one or more thin layers, for example made of titanium carbide, titanium nitride or a layer of the two on top of one another.
Der Titankarbxdüberzug verbessert merklich die Beständigkeit gegenüber Abtragverschleiß, widersteht jedoch schlechtThe titanium carbide coating markedly improves the resistance to erosion, but has poor resistance
dem kraterartigen Verschleiß. Im Gegensatz dazu besitzt | ein Überzug aus Titannitrid umgekehrte Eigenschaften. ithe crater-like wear and tear. In contrast, | a coating of titanium nitride has reversed properties. i
Es war also natürlich, nach einer Vereinigung dieser beiden Eigenschaften zu trachten. So beschreibt die PR-PS 2 170 258 einen Doppelschichtüberzug mit TiC an der Seite des Trägers und TiN an der Außenoberfläche. Jedoch gelangt man, wenn die TiN-Schicht abgenutzt ist, plötzlich zur TiC-Schicht mit einem sofortigan Abfall der Beständigkeit gegenüber Kraterbildung.So it was natural to seek a union of these two qualities. This is how the PR-PS describes 2 170 258 a double layer coating with TiC on the side of the support and TiN on the outer surface. However, it got there when the TiN layer is worn out, one suddenly switches to the TiC layer with an immediate drop in durability versus crater formation.
Die genannte Patentschrift beschreibt ebenfalls einen ! überzug, dessen Zusammensetzung fortlaufend von TiC an der , Substratseite bis zu TiN an der Oberfläche unter Durchlaufen von Karbonitrid-Zwischenzusammensetzungen übergeht. Wenn s sich der überzug im Betrieb abnutzt, ist es mit einem solchen Erzeugnis unmöglich, über die Zeit konstante Schneideigenschaften zu erzielen, da sich diese Eigenschaften mit der Zusammensetzung des Überzugs ändern, was insbesondere ifür die auf mit großer Geschwindigkeit arbeitenden Transfermaschinen montierten Werkzeuge störend ist. That patent also describes one! Coating, the composition of which changes continuously from TiC on the substrate side to TiN on the surface, passing through carbonitride intermediate compositions. If s wears away the coating in operation, it is impossible with such a product, to achieve constant cutting properties over time, since these characteristics change with the composition of the coating, which is particularly troublesome IFor the mounted on working with high speed transfer machine tools .
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung dieser Nachteile einen Überzug auf einem Schneidwerkzeug zu entwickeln, der diesem über die Zeit konstante Schneideigenschaften verleiht und sowohl gegenüber Preiflä-IChenverschleiß als auch gegenüber kraterartigem Verschleiß leibst bei hohen Schneidgeschwindigkeiten beständig ist, was eine Verbesserung der Lebensdauer dieser Werkzeuge ermöglichtThe innovation is based on the task of overcoming of these disadvantages to develop a coating on a cutting tool that is constant over time Gives cutting properties and both against price surface wear as well as crater-like wear is resistant at high cutting speeds, which enables the service life of these tools to be improved
Die Anmelderin hat gefunden, daß für jede Art von verwendetem Substrat im Inneren eines bestimmten Bereichs von Zusammensetzungen dieses Substrats eine besondere und ver= hältnisinäßig enge Titankarbonitridzusanunensetzung existiert,Applicant has found that for each type of Substrate inside a certain range of compositions of this substrate a particular and ver = relatively narrow titanium carbonitride composition exists,
dia den mit diesem Stoff überzogenen Werkzeugen im Vergleich mit denen im Fall der gegenwärtig erhältichen Erzeugnisse merklich überlegene Schneideigenschaften verleiht.the tools covered with this material in comparison with which, in the case of products currently available, gives markedly superior cutting properties.
Gegenstand der Neuerung, womit die genannte Aufgabe gelöst wirdj ist ein Schneidwerkzeug, insbesondere eine abnehmbare Schneidplatte, das aus einem Substrat aus Hartlegierung mit gewichtsmäßig 40 bis 95 % Wolframkarbid, einem Prozentsatz ρ von 3 bis 50 % eines oder mehrerer Karbide von Metallen der Gruppen IV und V des Periodensystems und 2 bis 15 % eines Bindemetalls der Gruppe Fe-Ni-Co und aus einem wenigstens eine Schicht aufweisenden Überzug besteht, dessen am Substrat haftende Schicht aus Titankarbonitrid der allgemeinen Formel TiC N besteht, in der 0,8-<.x + y£ 1 ist, mit dem Kennzeichen, daß χ derart bestimmt wird, daß sich in einem Diagramm (Fig. 1)The object of the innovation, with which the stated object is achieved, is a cutting tool, in particular a removable cutting plate, which is made from a substrate made of hard alloy with a weight of 40 to 95 % tungsten carbide, a percentage ρ of 3 to 50 % of one or more carbides of metals of group IV and V of the periodic table and 2 to 15 % of a binding metal from the Fe-Ni-Co group and consists of a coating having at least one layer, the layer of which adhering to the substrate consists of titanium carbonitride of the general formula TiC N, in which 0.8- <. x + y £ 1, with the flag that χ is determined in such a way that in a diagram (Fig. 1)
mit Koordinaten ρ und χ der maßgebende Punkt M (p, x) im Inneren eines Vierecks ABCD befindet, dessen Ecken als Koordinaten haben:with coordinates ρ and χ the governing point M (p, x) is inside a quadrilateral ABCD, the corners of which are coordinates to have:
A ρ = 3 % x = 0,9A ρ = 3 % x = 0.9
3 ρ = 10 % x= 0,93 ρ = 10 % x = 0.9
;"':■: C ρ = 50 % χ = 0,3 ; "': ■: C ρ = 50 % χ = 0.3
D ρ = 23 % X = 0,3.D ρ = 23 % X = 0.3.
; Im Fall, wo der überzug aus einer einzigen Titankarbo-; In the case where the coating consists of a single titanium carbide
nitridschicht besteht, ist seine Dicke vorteilhaft im Bereich von 2 bis 15 /Um, vorzugsweise 5 bis 12 ,um.If there is a nitride layer, its thickness is advantageously in the range from 2 to 15 μm, preferably 5 to 12 μm.
Man kann diese erste Schicht vorteilhaft mit einer zwei ten Titannitridschicht überziehen. In diesem Fall hat die Titankarbonitridschicht zweckmäßig eine Dicke von 2 bis 10 / vorzugsweise K bis 8 ,um, und die Titannitridschicht hat zweckmäßig eine Dicke von 1 bis 8 ,um, vorzugsweise 2 bis 8 ,um.This first layer can advantageously be coated with a second titanium nitride layer. In this case, the titanium carbonitride layer suitably has a thickness of 2 to 10 / preferably K to 8 µm, and the titanium nitride layer suitably has a thickness of 1 to 8 µm, preferably 2 to 8 µm.
7808334 13.87.7!7808334 13.87.7!
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• P » » > · ItI• P »» > · ItI
- 6 - 6
Die Pig. 1 zeigt in einem Diagramm mit den Koordinaten p und κ das Viereck ABCD, das die neuerungsgemäßen Titankarbonitridzusammensetzungen begrenzt.The Pig. 1 shows a diagram with the coordinates p and κ the square ABCD representing the titanium carbonitride compositions according to the invention limited.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Ergebnisse von Schneidversuchen·, die mit Schneidplatten gemäß der Neuerung und bekannten Schneidplatten bezüglich der Beständigkeit gegenüber Freiflächenverschleiß und kraterartigem Verschleiß durchgeführt wurden.Figs. 2 and 3 show the results of cutting tests, those with cutting inserts according to the innovation and known cutting inserts in terms of resistance Flank wear and crater-like wear were carried out.
Die Fig. 4 zeigt perspektivisch, z. T. im Schnitt, eine dreieckige Schneidplatte.Fig. 4 shows in perspective, for. T. on average, one triangular insert.
Der Titankarbonitridüberzug hat eine allgemeine Formel TiC N , in der die Summe χ + y gleich oder etwas kleiner als 1 ist. Im übrigen ist es erwünscht, daß diese Summe möglichst nahe 1 liegt.The titanium carbonitride coating has a general formula TiC N, in which the sum χ + y is equal to or slightly less than 1 is. In addition, it is desirable that this sum should be as close to 1 as possible.
Um die neuerungsgemäß angestrebten Ergebnisse zu erzielen, darf χ 0,9 nicht übersteigen, da man sonst an den überzogenen Platten Schwierigkeiten gleicher Art wie mit reinem TiC antreffen würde. Umgekehrt darf χ 0,3 nicht unterschreiten, da man sonst die gleichen Probleme wie mit TiN allein vorfinden würde.In order to achieve the desired results, must not exceed χ 0.9, as otherwise difficulties of the same kind as with pure TiC. Conversely, χ must not fall below 0.3, otherwise the same problems as with TiN would find alone.
Zwischen diesen beiden Grenzen hat der Bereich gemäß der Neuerung die Form eines engen Bandes, das leicht aufgeweitet ist, wenn χ sinkt, was zeigt, 6 *>3 wenn der Anteil ρ von anderen Karbiden als WC im Substrat steigt, man einen geringeren x-Wert wählen muß.According to the innovation, the area between these two limits has the shape of a narrow band, which is slightly widened when χ decreases, which shows that 6 *> 3 when the proportion ρ of carbides other than WC in the substrate increases, a smaller x- Value must choose.
Die Aufweitung zeigt, daß die Auswahl für niedrige Werte von ρ schärfer als für hohe Werte ist, wo eine größere Toleranz möglich ist.The expansion shows that the selection is sharper for low values of ρ than for high values, where a larger one Tolerance is possible.
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Beispielsweise wurden gute Ergebnisse mit den folgenden Zusammensetzungen als Funktion der Art des Substrats erhalten (Tabelle I).For example, good results have been obtained with the following compositions as a function of the type of substrate (Table I).
Die überzüge wurden in an sich bekannter Weise nach der Technik chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt, die eine leichte Regelung der Zusammensetzung aufgrund der Gasdurchsätze, Drücke und Temperaturen ermöglicht. Die Bestandteile werden beispielsweise durch Methan, Titantetrachlorid und Stickstoff in Gegenwart von Wasserstoff zugeführt.The coatings were in a known manner after Chemical vapor deposition technique, which allows easy control of the composition based on the gas flow rates, Pressures and temperatures made possible. The constituents are, for example, methane, titanium tetrachloride and nitrogen is supplied in the presence of hydrogen.
Die neuerungsgemäß Überzogenen Schneidplatten weisen eine ausgezeichnete Beständigkeit sowohl gegenüber Freiflächenverschleiß als auch gegenüber kraterartigem Verschleiß auf.The newly coated inserts show excellent resistance to both flank wear and crater-like wear.
Dieee Ergebnisse werden in nicht beschränkender Weise durch folgende Beispiele erläutert.The results are presented in a non-limiting manner illustrated by the following examples.
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Man verglich quadratische Schneidplatten aus gleichem Substrat nach der Norm "ISO M 10" folgender Zusammensetzung (Gew.-?)Square cutting inserts from the same substrate according to the "ISO M 10" standard with the following composition were compared (Weight?)
mit den folgenden Überzügen:with the following coatings:
(a) TiC, Dicke 6 /um(a) TiC, thickness 6 / um
(b) TiN, Dicke 8 /um(b) TiN, thickness 8 / um
(c; TiC + TiN, Dicken 4 ^ um + 3 /Um(c; TiC + TiN, thicknesses 4 ^ um + 3 / um
(d) TiC0 ο N0 ρ + TiN, Dicken 6 ,um und 4 ,um(d) TiC 0 ο N 0 ρ + TiN, thicknesses 6 μm and 4 μm
gemäß der Neuerung.according to the innovation.
Sämtliche Versuche wurden mit einem Stahl "XC 45f" nach der französischen Norm "NFA 02-005" durchgeführt.All tests were carried out with a steel "XC 45f" according to the French standard "NFA 02-005".
Eine erste Versuchsreihe zur Bestimmung der Einstufung der Beständigkeit gegenüber Freiflächenverschleiß bestand darin, die Lebensdauer t der Platte für einen konstanten Freiflächenverschleiß von 0,2 mm als Funktion der Seihneidgeschwindigkeit Vc zu erfassen, Man nahm den Durchschnitt der für die vier Schneidkanten erhaltenen Werte.A first series of tests to determine the classification of the resistance to flank wear existed therein, the service life t of the plate for a constant flank wear of 0.2 mm as a function of the seizing speed To detect Vc, the values obtained for the four cutting edges were averaged.
Die Ergebnisse sind in der Fig. 2 dargestellt.The results are shown in FIG.
Man stellt fest, daß ab einer Geschwindigkeit der Größenordnung von 250 m/min die Platte (d) gemäß der Neuerung eine höhere Lebensdauer als die anderen Platten aufweist, die im Sinne wachsenden Verschleißes in der Reihenfolge (a), (c), (b) liegen.It can be seen that from a speed of the order of 250 m / min, the plate (d) according to the innovation has a longer service life than the other plates, which in terms of increasing wear in the order (a), (c), (b) lie.
7808394 13.D7.787808394 13.D7.78
Eine zweite Versuchsreihe zur Bestimmung der Einstufung der Beständigkeit gegenüber kraterartigem Verschleiß bestand darin, für eine Schneiddauer von 8 Minuten die Tiefe Km der Kraterbildung (in ,um) als Funktion der Schneidgesehwindigkeit Vc (in m/min) zu messen.A second series of tests to determine the classification of the resistance to crater-like wear passed in it, for a cutting time of 8 minutes, the depth Km der To measure crater formation (in, um) as a function of the cutting speed Vc (in m / min).
Die Ergebnisse sind in der Fig. 3 dargestellt.The results are shown in FIG.
Man stellt fest, daß jenseits von 240 m/min die Platte (d) gemäß der Neuerung eine merklich geringere Kraterbildungstiefe (insbesondere unter Berücksichtigung des logarithmisch dargestellten Maßstabs) als die alleren Platten aufweist, öle bei großer Geschwindigkeit in folgender Reihenfolge liegen:It is found that beyond 240 m / min the plate (d) according to the innovation, a noticeably smaller crater formation depth (especially taking into account the logarithmic scale shown) than all the plates, Oil at high speed in the following order lie:
(b), (c), (a) im Sinn wachsenden Verschleißes.(b), (c), (a) in the sense of increasing wear.
Man kann ebenfalls feststellen, daß die Platte (a) am Ende von 3 min 30 s bei einer Schneidgeschwindigkeit von 350 m/min mit einer Kraterbildungstiefe von 210 um bricht und daß die Platte (c) bei der gleichen Geschwindigkeit nach Ί min 30 s bei einer Kraterbildungstiefe von 260 .um bricht.It can also be seen that the plate (a) at the end of 3 minutes 30 seconds at a cutting speed of 350 m / min with a crater formation depth of 210 µm and that the plate (c) breaks at the same speed Ί breaks for at least 30 s at a crater formation depth of 260 um.
Da die Einstufung der drei Platten (a), (b), (c) in den beiden Versuchsreihen völlig umgekehrt ist, kann man auf die klare Überlegenheit der Platte gemäß der Neuerung hinsichtlieh ihrer gesamten Schneideigenschaften schließen.Since the classification of the three plates (a), (b), (c) is completely reversed in the two test series, one can refer to the Clear superiority of the plate according to the innovation with regard to its overall cutting properties.
\ \ Beispiel 2:Example 2:
In Fig. 4 erkennt man eine dreieckige Schneidplatte aus einem Substrat 1 einer Zusammensetzung nach der Tabelle I mitIn Fig. 4 you can see a triangular cutting plate a substrate 1 of a composition according to Table I with
£ feinem überzug 2 aus einer einzigen Schicht aus Titankarboni-£ fine coating 2 made of a single layer of titanium carbon
trid einer Dicke im Bereich von 5 bis 12 ,um und einer Zusammensetzung im Inneren des Vierecks ABCD in Fig. 1.trid a thickness in the range from 5 to 12 µm and a composition inside the square ABCD in FIG. 1.
7808394 13.07.787808394 07/13/78
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