NL8320321A - Snijgereedschap en werkwijze ter vervaardiging daarvan. - Google Patents

Description

o o c. μ >yj~ » / ’ N.O. 33127

Snijgereedschap en werkwijze ter vervaardiging daarvan.

Aanvraagster noemt als uitvinders: 1. Alexei Georgievich Gavrilov 2. Galina Konstantinovna Galitskaya 3. Viktor Petrovich Zhed 4. Andrei Karlovich Sinelschikov 5. Albert Mikhailovich Boyarunas 6. Anatoly Mikhailovich Lein 7. Evgeny Mikhailovich Stepnov

Technisch gebied

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op metaalbewerking en in het bijzonder op snijgereedschappen en werkwijzen ter vervaardiging daarvan.

5 Stand der techniek

Een van de moderne stromingen bij de ontwikkeling van metaalbewer-kingstechnieken is verbetering van kenmerkende bedrijfseigenschappen van snijgereedschappen door het aanbrengen van slijtvaste bekledingen op hun oppervlakken.

10 Tot dusverre is veel aandacht besteed aan het verbeteren van ken merkende gereedschapseigenschappen door het kiezen van een geschikte chemische samenstelling van bekledingen voor het aanpassen aan bijzondere bedrijfsomstandigheden. Echter kunnen de kenmerkende gereedschapseigenschappen ook verbeterd worden door het verbeteren van de structuur 15 van bekledingen.

Er is een snijgereedschap bekend (zie Brits octrooischrift 16.

1.303.910, kl. C 23 C 11/08, 24 januari 1973), dat een basis bevat, die vervaardigd is uit harde legeringen en met een slijtvaste bekleding samengesteld uit microkristallen van een vuurvaste verbinding, met inbe-20 grip van metalen en elementen van de C, N en/of B groep. In een dergelijk snijgereedschap bevat een slijtvaste bekleding metalen van de Ti,

Zr, Hf, V, Nb, Ta groep.

Er is eveneens een werkwijze bekend voor de vervaardiging van een snijgereedschap (zie Brits octrooischrift 1.303.910, kl. C 23 C 11/08, 25 1 januari 1973), die de trappen omvat van verhitting van een basis tot een temperatuur van 1000 tot 1100°C, het toevoeren van reagentia, die metalen en elementen van de C, N, B groep bevatten en het vormen van een bekleding op het oppervlak van het snijgereedschap omvat, welke bekleding microkristallen bevat van een vuurvaste metaalverbinding, welke 8320321 2 bekleding verkregen is als resultaat van een chemische reactie tussen reagentia, die bestanddelen daarvan bevatten.

Echter hebben de volgens de voorgaande werkwijze vervaardigde voorgaande snijgereedschappen een hoge oppervlakte-energie, een faktor, 5 die leidt tot de actieve hechtende en zich verspreidende wisselwerking met een machinaal te bewerken materiaal.

Eveneens bekend in de techniek is een snijgereedschap (zie Amerikaans octrooischrift 4.169.913, kl. B 23 B 15/18, 1979), die een basis bevat, waarvan het werkoppervlak voorzien is van een slijtvaste bekle-10 ding, die microkristallen bevat van een vuurvaste metaalverbinding, die elementen van de C, N, 0, B groep bevat.

Er is eveneens een werkwijze ter vervaardiging van een snijgereedschap bekend (zie hetzelfde Amerikaanse octrooischrift 4.169.913), die de trappen omvat van verdamping en ionisering van metaal in een omge-15 ving van verminderde druk en het daarop volgend toevoeren van een gas-reagens aan de omgeving met verminderde druk, welk gasreagens de elementen C, N, 0, B bevat, waarbij de eindtrap de vorming van een slijtvaste bekleding is als resultaat van een wisselwerking tussen het metaal en de elementen. Bij deze werkwijze worden metalen verdampt door 20 een elektronenbundel onder toepassing van een speciaal voor hun ionisering bedoelde elektrode, waarbij metalen met de elementen van de C, N, 0, B groep op een koeloppervlak in wisselwerking treden.

Echter resulteren de temperatuuromstandigheden tijdens het aanbrengen van de bekleding bij deze vervaardigingswerkwijze van snijge-25 reedschappen in energieabsorptie van in wisselwerking tredende metalen en elementen van de C, N, 0, B groep door de koele basis, hetgeen op zijn beurt resulteert in vorming van een bekleding met een hoog niveau van vrije oppervlakte-energie en de duurzaamheid van snijgereedschappen aantast.

30 Bovendien worden bij deze werkwijze ter vervaardiging van snijge reedschappen de trappen van verdamping en ionisering van metalen toegepast zonder een geschikt hoog niveau van hun ionisering te bereiken, hetgeen eveneens leidt tot vorming van een bekleding met een hoog niveau van vrije oppervlakte-energie, een faktor, die reeds hiervoor is 35 vermeld als schadelijk voor de duurzaamheid van snijgereedschappen.

Bekend in de techniek is een andere werkwijze ter vervaardiging van snijgereedschappen (zie bijvoorbeeld de dissertatie door S.V. Kasianov, Investigation of Cutting Properties of Tools Having Wear-Resistant Coatings and Development Trends in the Field, Moskou 1979, 40 Moskovsky Stanko-Instrumentalny Instituut, biz. 50, in het Russisch) 8320321 3 die de trappen omvat van verdamping en ionisering van tenminste êén metaal in een omgeving met verminderde druk, het verhitten van de basis van het snijgereedschap en het reinigen van het werkoppervlak ervan door een bombardement van ionen van tenminste één metaal, het daarop 5 volgend invoeren van een gasreagens in het milieu met verminderde druk en wisselwerking van tenminste êén metaal met tenminste ëën element, tot een slijtvaste bekleding is gevormd.

Maar zelfs deze werkwijze ter vervaardiging van snijgereedschappen kan niet helpen de minimum vrije energie van werkoppervlak te bereiken, 10 een nadeel dat intensieve zich verspreidende en hechtende wisselwerking van het werkoppervlak en het machinaal te bewerken materiaal veroorzaakt, hetgeen op zijn beurt de duurzaamheid van de snijgereedschappen van de stand der techniek vermindert.

Beschrijving van de uitvinding 15 De onderhavige uitvinding is het verschaffen van een snijgereed schap met een zodanige nieuwe structuur van een bekleding, die een betere duurzaamheid van het gereedschap mogelijk maakt, en het verschaffen van een werkwijze ter vervaardiging van snijgereedschappen, waarbij de temperatuuromstandigheden en druk voor het aanbrengen van de slijt-20 vaste bekleding een betere duurzaamheid van het snijgereedschap mogelijk maakt.

Er wordt een snijgereedschap verschaft, dat een basis bevat, waarvan het werkoppervlak een slijtvaste bekleding heeft met inbegrip van microkristallen van een vuurvaste verbinding, die tenminste één metaal 25 en tenminste één element van de C, N, 0, B groep bevat, waarbij volgens de uitvinding een maximum aantal microkristallen van de vuurvaste verbinding, die tenminste één metaal en tenminste één element van de C, N, 0, B groep en bovendien Si bevat, evenwijdig aan het werkoppervlak van de basis met hetzelfde kristallografische vlak georiënteerd wordt.

30 Het is doelmatig, dat in het snijgereedschap volgens de uitvinding het kristallografische vlak, waarin de microkristallen zijn georiënteerd een minimale oppervlakte-energie heeft.

Eveneens wordt een werkwijze verschaft voor de vervaardiging van een snijgereedschap, die de trappen omvat van verdamping en ionisering 35 van tenminste één metaal in een omgeving met verminderde druk, het verhitten van een basis van het snijgereedschap en het reinigen van het werkoppervlak ervan door een bombardement van ionen van tenminste één metaal en het vervolgens invoeren van een gasreagens in de omgeving met verminderde druk en het in wisselwerking brengen van tenminste ëën me-40 taal met tenminste één element onder vorming van een slijtvaste bekle- 8320321 4 ding vervaardigd uit hun verbinding en die microkristallen bevat, waarbij volgens de uitvinding de basis van het snijgereedscbap verhit wordt tot een temperatuur die minder dan 100°C beneden de verwekingstemperatuur ervan is, waarbij een verhittingstemperatuur van de basis tijdens 5 de vorming van de bekleding gehandhaafd wordt binnen het traject van deze temperatuur van de basis en +50°C, en de druk van het gasreagens gehouden wordt in het traject van 13,33 tot 1,33 10“2 pa.

Overeenkomstig de uitvinding wordt de intramoleculaire wisselwerking tussen het snijgereedschap en een machinaal te bewerken materiaal 10 geminimaliseerd, een voordeel, dat de intensiteit van de hechting, chemische en zich verspreidende processen, die tussen het snijgereedschap en het machinaal te bewerken materiaal plaatsvinden, vermindert, hetgeen op zijn beurt de duurzaamheid van het snijgereedschap, dat het onderwerp van de uitvinding vormt, vergroot.

15 Korte beschrijving van de tekeningen

De uitvinding zal nu verder beschreven worden onder verwijzing naar een specifieke uitvoeringsvorm daarvan, in samenhang genomen met de vergezellende tekeningen, waarin:

Fig. 1 een algemeen aanzicht is van een snijgereedschap vervaar-20 digd volgens de voorgestelde werkwijze (een gedeeltelijk weggesneden aanzicht);

Fig. 2 een algemeen aanzicht van het snijgereedschap van fig. 1 is met kristallografische vlakken van microkristallen met een minimale op-pervlakte-energie volgens de uitvinding (een partieel weggesneden aan-25 zicht).

De beste wijze van uitvoering van de uitvinding

Onder verwijzing naar de tekeningen bevat het snijgereedschap, dat het onderwerp van de uitvinding vormt, een basis 1 (fig. 1) waarvan het werkoppervlak 2 een bekleding 3 heeft, gevormd door een TiN verbin-30 ding.

Fig. 1 is een vergroot schematisch aanzicht van TiN microkristallen georiënteerd door soortgelijke kristallografische vlakken 4 evenwijdig aan de basis 1.

Fig. 2 is een vergroot schematisch aanzicht van de TiN microkris-35 tallen georiënteerd volgens een kristallografisch vlak 5 met minimale oppervlakte-energie evenwijdig aan de basis 1.

De voorgestelde werkwijze ter vervaardiging van het snijgereedschap volgens de uitvinding omvat de trappen van verdamping en ionise-ring van tenminste ëên metaal in een omgeving met verminderde druk.

40 Daarna wordt de basis van het snijgereedschap verhit en wordt het werk- 8320321 5 oppervlak ervan door ionenbombardement gereinigd. De basis van het snijgereedschap wordt tot een temperatuur verhit, die minder dan 100°C beneden het verwekingspunt ervan is. De verhittingstemperatuur van de basis tijdens de vorming van de bekleding wordt binnen het traject van 5 deze temperatuur tot +50°C gehandhaafd. Vervolgens wordt een gasreagens toegevoerd, dat de elementen C, N, 0, B, Si bevat, waarvan de druk is ingesteld binnen het traject van 13,33 tot 1,33 10~2 pa, waarbij de volgende trap de wisselwerking is tussen tenminste éên metaal en tenminste éên element van de C, N, 0, B, Si groep, hetgeen resulteert in 10 vorming van een slijtvaste bekleding, met inbegrip van microkristallen van een vuurvaste verbinding, die tenminste ëën metaal en tenminste éên element van de groep C, N, 0, B, Si bevat, welke microkristallen volgens hetzelfde kristallografische vlak evenwijdig aan het werkoppervlak van de basis, zijn georiënteerd.

15 Het snijgereedschap, dat het onderwerp van de uitvinding vormt, werkt op de volgende wijze.

Tijdens metaalbewerkingsprocessen, treedt de slijtvaste bekleding 3 (fig· 1, 2) in wisselwerking met een metalen werkstuk onder omstandigheden van hoge temperatuur en druk, die in de snijzone voorkomen.

20 Oriëntatie van een maximum aantal microkristallen volgens hetzelfde kristallografische vlak 4 evenwijdig aan het werkoppervlak 2 van de basis 1 maakt verlaging van vrije energie van het werkoppervlak 2 van de basis 1 mogelijk, een kenmerk, dat de intensiteit van intramoleculaire werking tussen het werkoppervlak 2 en het machinaal te bewerken mate-25 riaal, vermindert.

Wanneer het kristallografische vlak 5 (fig· 2), waarin de microkristallen zijn georiënteerd, een minimale oppervlakte-energie heeft, wordt de intramoleculaire wisselwerking geminimaliseerd, een voordeel, dat nog verder de duurzaamheid van het snijgereedschap vergroot. Voor-30 beelden hierna worden gegeven om een beter begrip van de onderhavige uitvinding mogelijk te maken.

Voorbeeld 1

Boren met een diameter van 5 mm en een monster voor een röntgen-straaldiffractie-analyse van een staalbekleding met de volgende samen-35 stelling werden verschaft: _C_Cr_W_V_Mo_Fe 0,85 3,6 6,0 2,0 5,0 de rest 40 De temperingstemperatuur van het staal was 560°C.

8320321 6

De boren en het aan een röntgenstraaldiffractie-analyse te onderwerpen monster werden schoongemaakt van verontreiniging, in speciale houders geplaatst en gelijktijdig in een ruimte met verminderde druk, waarin een tltaankathode was geïnstalleerd, ondergedompeld. Een vermin-5 derde druk van 6,65 10”^ Pa werd in de ruimte gecreëerd, waarna een elektrisch boog werd geïnitieerd. Aldus werd het titaan verdampt en ge-ioniseerd.

De boren en het aan een rb'ntgenstraalanalyse te onderwerpen monster werden met een negatieve spanning gevoed, hetgeen positief geladen 10 titaanionen versnelt. Bombardement van het werkoppervlak van de boren en het monster met titaniumionen werd gebruikt om hun oppervlakken schoon te maken en de basis te verhitten. Vervolgens werd de op de boren en het monster aangebrachte spanning verminderd. Gelijktijdig werd stikstof in de ruimte ingevoerd. Deze stikstof reageerde met het titaan 15 onder vorming van een bekleding van een vuurvaste verbinding (TiN), die microkristallen bevat. De bekleding van TiN werd op het werkoppervlak van de boren en op het oppervlak van het proefmonster aangebracht onder verschillende verhittingsomstandigheden ervan en bij verschillende stikstofdrukken.

20 Een nieuw stel boren en een nieuw proefmonster werden bij elke proefvorm gebruikt. De oriëntatiegraad van de microkristallen van de vuurvaste TiN verbinding werd gewaardeerd door het uitvoeren van een röntgenstraaldiffractie-analyse van het proefmonster met betrekking tot de hoogte van de diffractiepiek van röntgenstraling van het kristallo-25 grafische vlak 4 (5) van een microkristal met een minimale oppervlakte-energie. De maximale hoogte van de diffractiepiek van röntgenstraling van het vlak 4 (5) in de gegeven reeks experimenten werd als 100% genomen. Bij andere experimenten werd de voorgaande hoogte gebruikt als referentie bij de waardering van de hoogte van diffractiepieken in het 30 vlak, dat de TiN microkristallen bevat.

Vijf boren van elk stel afgewerkte voorwerpen met een bekleding van een vuurvaste TiN verbinding werden bij het boren van holten, 15 mm diep, in staal met de volgende samenstelling beproefd: 35 C_Fe 0,42-0,49 de rest

Een vertikale boormachine werd onder de volgende werkomstandigheden gebruikt: 40 snelheid, V = 4,5 m/min; 8320321 λ 7 voeding, S = 0,13 mm/omw.

De tabel hierna geeft de resultaten verkregen bij het beproeven van een stel boren en monsters onderworpen aan een röntgenstraaldif-fractie-analyse, die onder negen verschillende bedrijfsomstandigheden 5 waren vervaardigd. De proefresultaten laten zien, dat de hoogste duurzaamheid van de boren onder de volgende omstandigheden werd verkregen: een verhittingstemperatuur van de boorbasis van 500 tot 550°C vöör het toevoeren van stikstof; een stikstofdruk van 1,19 Pa en een boorverhit-tingstemperatuur van +50 tot 500°C op het tijdstip dat titaan met stik-10 stof reageert. De hoogste duurzaamheid werd verkregen in het geval van boren met een bekleding van een vuurvaste TiN verbinding, die micro-kristallen bevatte, waarvan een maximum aantal evenwijdig aan het werk-oppervlak van de basis met het vlak 4 (5), georiënteerd was.

Voorbeeld 2 15 Er werden boren met een diameter van 5 mm en aan een röntgen- straaldiffractie-analyse te onderwerpen monsters vervaardigd. De gebruikte harde legering had de volgende samenstelling: WC_Co 20 92% de rest

De verwekingstemperatuur was t = 700-720°C.

De boren en het aan een röntgenstraaldiffractie-analyse te onderwerpen monster werden gelijktijdig in een ruimte met verminderde druk 25 gebracht, die een kathode vervaardigd uit een legering, die 50% Ti en 50% Hf was, bevatte. De bekleding werd op dezelfde wijze zoals in voorbeeld 1 aangebracht, waarbij het enige verschil was, dat de kathode, die in de ruimte werd geïnstalleerd, 50% Ti en 50% Hf was. De oppervlakken van de boren en de proefmonsters werden bekleed met een vuur-30 vaste verbinding (Ti, Hf) N onder verschillende verhittingsomstandighe-den daarvan en bij verschillende stikstofdrukken. De oriëntatiegraad van microkristallen van de moeilijk smeltbare verbinding werd gewaardeerd zoals in voorbeeld 1.

Vijf boren van elk stel afgewerkte voorwerpen met een bekleding 35 van de vuurvaste verbinding (Ti, Hf) N werden beproefd door met een vertikale boormachine onder de volgende snijomstandigheden gaten te boren: snelheid, V = 68 m/min; voeding, S = 0,18 mm/omw.; 40 gatdiepte, 16 mm.

8320321 8

De tabel hierna geeft de resultaten verkregen bij het beproeven van de boren en monsters, onderworpen aan een röntgenstraalanalyse, onder verschillende bedrijfsomstandigheden. De proefresultaten laten zien, dat de hoogste duurzaamheid van de boren onder de volgende om-5 standigheden verkregen werd: een verhittingstemperatuur van de harde-legeringsbasis van 600 tot 700°C vöör het toevoeren van stikstof; een stikstofdruk van 6,65 10”! Pa en een verhittingstemperatuur van de harde-legeringsbasis van 100 tot 600°C op het tijdstip, dat de bekleding werd aangebracht.

10 De hoogste duurzaamheid werd verkregen in het geval van boren met een bekleding van een vuurvaste verbinding (Ti, Hf) N, die microkris-tallen bevat, waarvan een maximum aantal evenwijdig aan het werkopper-vlak van de basis door het vlak 4 (5) met minimale oppervlakte-energie georiënteerd was.

8320321 * 9

Tabel 1

Nr. Gereedschap Verhittingstem- Stikstof- Intensi- Proef- Winst- peratuur van de druk teit van resul- faktor basis_ (Pa) diffrac- taten duur- 5 metaal- bekle- tie van (aan- zaam- ionen- dings- röntgen- tal heid bom- vor- straling gaten) barde- ming micro- ment (°C) kristal 10 (°C) oriënta- _tievlak_ 1_2_3_4_5_6_7 8 1 stalen boren 500 400 1,33 10“2 40 450 1,0 bekleed met 2,66 10“ 2 15 vuurvaste 500 400 6,65 10-2 60 650 1,44

TiN verbin- 500 400 3,99 10“2 90 750 1,7 ding 500 400 1,19 100 810 1,8 500 400 2,66 - 350 - 550 40 3,99 10-1 30 450 1,0 20 550 50 3,99 10-1 80 700 1,6 550 400 3,99 10_1 90 750 1,7 _550 500 3,99 IQ-1 100 800 1,8 2 boren van 650 600 1,33 10“2 40 410 1,8 harde lege- 650 600 6,65 10“2 60 500 2,08 25 ring bekleed 650 600 1,19 90 800 3,3 met vuur- 650 600 1,33 100 1070 4,4 vaste ver- 650 600 2,66 - 240 binding, 650 40 6,65 10"1 30 260 1,1 (TiHf)N 650 80 6,65 10-1 60 500 2,1 30 650 100 6,65 10"! 80 750 3,1 650 500 6,65 10_1 100 1070 4,4 750 500 6,65 10_1 100 800 3,3 _400 400 6,65 IQ-1 85_580 2,4 35 Industriële toepasbaarheid

De uitvinding kan gebruikt worden voor de vervaardiging van snij-gereedschappen uit verschillende gereedschapsmaterialen.

8320321

Claims (3)

4

1. Snijgereedschap, dat een basis bevat, waarvan het werkoppervlak een slijtvaste bekleding heeft, die microkristallen bevat van een vuurvaste verbinding, die tenminste êên metaal en tenminste ëën element uit 5 de C, N, 0, B groep bevat, met het kenmerk, dat een maximum aantal microkristallen van de vuurvaste verbinding, bevattende tenminste één metaal, tenminste één element uit de C, N, 0, B groep en bovendien Si, evenwijdig aan het werkoppervlak (2) van een basis (1) in hetzelfde kristallografische vlak (4, 5) georiënteerd is.

2. Gereedschap volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kris tallografische vlak (4, 5), waarin de microkristallen georiënteerd zijn, een minimum oppervlakte-energie heeft.

3. Werkwijze ter vervaardiging van een snijgereedschap volgens conclusie 1, die de trappen omvat van verdamping en ionisering van ten-15 minste ëën metaal in een omgeving met verminderde druk, het verhitten van de basis (1) van het snijgereedschap en het reinigen van het werkoppervlak (2) door bombardement met ionen van tenminste ëën metaal, het toevoeren van een gasreagens en het in wisselwerking doen treden van tenminste één metaal met tenminste êên element tot een slijtvaste be-20 kleding uit de vuurvaste verbinding, die microkristallen bevat, is gevormd, met het kenmerk, dat de basis (1) van het snijgereedschap verhit wordt tot een temperatuur die minder dan 100°C beneden het verwekings-punt ervan is en tijdens de vorming van de bekleding (3) binnen het traject vanaf deze temperatuur tot +50°C wordt gehandhaafd, terwijl de 25 druk van het gas gehandhaafd wordt binnen het traject van 13,3 Pa tot 1,33 10“2 Pa. ++-H-+-H- 8320321