DE10017909B4

DE10017909B4 - Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeugelement

Info

Publication number: DE10017909B4
Application number: DE10017909A
Authority: DE
Inventors: Takatoshi Oshika; Tetsuhiko Honma; Toshiaki Ueda; Eiji Nakamura
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2020-04-12
Also published as: DE10017909A1; US6426137B1

Abstract

Beschichtetes Sinterkarbidschneidelement für ein Schneidwerkzeug mit einem Substrat und einer harten Beschichtung auf dem Substrat, wobei die harte Beschichtung wenigstens eine Schicht aufweist, welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus Titankarbid, Titannitrid, Titankarbonitrid, Titankarboxid, Titankarbonitroxid, Aluminiumoxid und einem Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundmaterial besteht, bei welchem die Zirkonoxidphasen um die geschliffenen Aluminiumoxidphasen herum dispergiert werden, und wobei die harte Beschichtung mit einer Außenschicht versehen ist, welche Titanoxid aufweist, das durch die Summenformel TiOw ausgedrückt ist, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan steht, das von 1,20 bis 1,90 reicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein beschichtetes Sinterkarbid-Schneidelement (hiernach als „beschichtetes Karbidelement" bezeichnet), welches über eine lange Zeitdauer bei Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen nicht nur an gewöhnlichem Stahl und Gußeisen, sondern auch an schwierig zu verarbeitenden Materialien, wie Edelstahl, aufgrund seiner exzellenten Oberflächenschmierfähigkeit gegen Absplittern dem Abbrechen und Absplittern seiner Schneide standhält. Ein solches Schneidelement ist beispielsweise aus US 6 093 479 A bekannt.
Beschichtete Karbidelemente bestehen vorzugsweise aus einem Sinterkarbidsubstrat auf Wolframkarbidbasis und einer harten Beschichtung, welche vorzugsweise eine Titanverbundschicht mit wenigstens einer Schicht aus Titankarbid (hiernach als „TiC" bezeichnet), Titannitrid (TiN), Titankarbonitrid (TiCN), Titankarboxid (TiCO) und Titankarbonitroxid (TiCNO) und eine Aluminiumoxidschicht (Al₂O₃) und/oder Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundschicht (Al₂O₃-ZrO₂-Verbund) aufweist, wobei Schichtzirkonoxidphasen in der Al₂O₃-Phase dispergiert werden, wie in JP 57 039168 A und JP 61 201778 A dargelegt. Die harte Beschichtung wird vorzugsweise mittels chemischer Bedampfung und/oder physikalischer Bedampfung gebildet und weist eine Durchschnittsdicke von 3 bis 30 μm auf. Ein beschichtetes Karbidelement mit einer harten Beschichtung, bei welchem die erste Schicht aus TiN, die zweite Schichte aus TiCN, die dritte Schicht aus TiCNO, die vierte Schicht aus Al₂O₃ und die fünfte Schicht aus TiN besteht, ist in JP 7 328810 A dargelegt. Diese beschichteten Karbidelemente werden vielfach bei verschiedenen Schneidevorgängen, beispielsweise beim kontinuierlichen und diskontinuierlichen Schneiden von Metallwerkstücken, wie Stahl und Gußeisen, eingesetzt.
Es ist bekannt, daß Titanverbundschichten eine körnige Kristallmorphologie aufweisen und für viele Anwendungen eingesetzt werden. TiC-Schichten werden als sehr abschleiffeste Materialien für viele Anwendungen benutzt. TiN-Schichten werden in verschiedenen Bereichen aufgrund des schönen, goldartigen, äußeren Erscheinungsbildes von TiN-Schichten als dekorative Oberflächenbeschichtung eingesetzt. Es ist bekannt, daß die äußerste(n) Schicht(en) der harten Beschichtung vieler Arten von beschichteten Karbidelementen aufgrund scheinen Aussehens aus TiN bestehen. In der Tat ermöglicht dieses kennzeichnende Aussehen dem Maschinenbediener neue Schneiden von Schneiden, die abgenutzt sind, zu unterscheiden. Eine TiCN-Schicht, welche eine längliche Kristallmorphologie aufweist, die durch chemische Bedampfung in einem mittleren Temperaturbereich, wie 700–950°C, unter Verwendung eines Reaktionsgasgemisches, welches organische Cyanidverbindungen, wie Acetonitril (CH₃CN), beinhaltet, hergestellt wird, ist als eine sehr verschleißfeste Beschichtung bekannt Diese Schicht ist in JP 600 8010 A und JP 7 328808 A offenbart.
Al₂O₃-Schichten weisen mehrere verschiedene Kristallpolymorphe auf, unter denen alpha-Al₂O₃ als das thermodynamisch stabilste Polymorph bekannt ist, welches eine Korundstruktur aufweist. Typische Polymorphe der Al₂O₃-Schicht, die unter üblichen CVD-Bedingungen hergestellt wird, sind stabile alpha-Al₂O₃, meta-stabile kappa-Al₂O₃ und amorphe Al₂O₃. An diesen Al₂O₃-Schichten werden zahlreiche kristallographische Untersuchungen unter Verwendung eines Röntgendiffraktionssystems durchgeführt, welches Cu K α-Strahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 1,5 Å aussendet Bezüglich der alpha-Al₂O₃-Schicht können verschiedene Arten von alpha-Al₂O₃-Schichten abhängig von den eingesetzten Herstellungsbedingungen gebildet werden. Diese einzelnen alpha-Al₂O₃-Schichten weisen unterschiedliche Röntgendiagramme auf. Sie haben maximale Peakstärken an unterschiedlichen Positionen, und zwar an 2θ = 25,6 Grad (seine bevorzugte Wachstumsausrichtung ist in 012-Richtung), 35,1 Grad (104-Richtung), 37,8 Grad (110-Richtung), 43,4 Grad (113-Richtung), 52,6 Grad (024-Richtung), 57,5 Grad 116-Richtung, 66,5 Grad 124-Richtung) und 68,2 Grad (030-Richtung). Auch bei kappa-Al₂O₃-Schichten können unterschiedliche Arten von kappa-Al₂O₃-Schichten abhängig von den eingesetzten Herstellungsbedingungen gebildet werden. Sie haben maximale Peakstärken an unterschiedlichen Positionen, und zwar an 2θ = 19,7 Grad, 29,4 Grad, 32,1 Grad, 34,9 Grad, 37,3 Grad, 43,9 Grad, 52,6 Grad, 56,0 Grad, 62,3 Grad und 65,2 Grad.
In vergangenen Jahren ist die Nachfrage nach arbeitssparenden, weniger Zeit erfordernden Schneidvorgängen gestiegen. Dementsprechend werden Schneidwerkzeuge benötigt, welche bei verschiedenen Schneidvorgängen von verschiedenen Arbeitsmaterialien eingesetzt werden können. Ferner haben sich die Bedingungen dieser Schneidvorgänge zu Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen gewandelt. Obwohl es nur wenige Probleme bei beschichteten Karbidelemente gibt, wenn sie für das kontinuierliche oder diskontinuierliche Schneiden von legiertem Stahl oder Gußeisen unter üblichen Schneidebedingungen eingesetzt werden, gibt es starke Probleme, wenn sie bei extrem viskosen Arbeitsmaterialien, wie Edelstahl oder Weicheisen, eingesetzt werden. Da die Splitter dieser Materialien, welche bei dem Schneidvorgang erzeugt werden, eine hohe Affinität zu konventionellen Al₂O₃-Schichten und Ti-Verbundschichten mit einer harten Beschichtung aufweisen, bleiben die Arbeitssplitter an der Flache der Schneide haften. Diese Phänomene werden deutlicher bei erhöhten Schneidegeschwindigkeiten und fuhren zum Abbrechen oder Absplittern des Körpers an seiner Schneide mit der Folge, daß die Lebensdauer des Werkzeugs kürzer wird. Daher besteht noch immer der Bedarf nach beschichteten Karbidelementen, die einem Absplittern während Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen über längere Zeiträume hinweg standhalten.
Ferner, ist ein Sinterkarbid-Schneidelement mit Hartstoffbeschichtung aus Titankarbid, Titannitrid, Titankarbonitrid, Titankarboxid und/oder Titankarbonitroxid und Aluminiumoxid als Außenschicht bekannt, wobei auf dieser Außenschicht noch eine TiN- oder TiCN-Schicht angeordnet sein kann ( US 6 093 479 A ). Auch ist es bekannt, Sinterkarbid-Schneidelemente mit einer Oxid-Deckschicht zu versehen ( DE 27 30 355 A1 ). Weitere Beispiele für Oxid-Deckschichten auf Sinterkarbid-Gegenständen sind aus DE 27 27 250 C2 bekannt. Auch ist es bekannt, Al₂O₃ und TiO₂ oder eine feste Lösung von TiO₂-Al₂O₃ auf Schneidelemente aufzubringen ( JP 52 00 9612 A ).
Auch ist es bekannt ( EP 0162656 B1 ), Karbid-Hartmetall-Elemente mit mehrlagigen Überzügen, die als äußere Schicht Aluminiumoxid-Mehrfachschichten aufweisen, in denen Titanoxid gelöst ist und auf denen sich noch äußerste Schichten u. a. aus TiN befinden zu versehen.
Auch weisen mehrlagige Scheidwerkzeugbeschichtungen Außenschichten aus TiN auf, unter denen sich TiO befinden kann und die mittels CVD hergestellt werden ( EP 0 085 240 B1 ). Schließlich sind auch Überzüge der Zusammensetzungen Ti (O_x, N_y) mit einstellbarer Stöchiometrie für verschiedene Anwendungen, u. a. für mechanische Beanspruchungen, bekannt ( FR-2769922 A1 ).
Diesen verschiedenen Vorschlägen ist gemeinsam, dass sie keine Lehre offenbaren, wie beim Arbeiten mit Sinterkarbid-Schneidelementen unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen ein vorzeitiges Absplittern der Schneidkanten verhindert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein beschichtetes Karbidelement zu liefern, welches über eine lange Zeitdauer bei Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen nicht nur an gewöhnlichem Stahl und Gußeisen, sondern auch an schwierig zu verarbeitenden Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegierten Stahl, einem Abbrechen oder Absplittern seiner Schneide standhält.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung von einem beschichteten Sinterkarbidschneidelement für ein Schneidwerkzeug mit einem Substrat und einer harten Beschichtung auf diesem Substrat gelöst, dessen harte Beschichtung wenigstens eine Schicht aufweist, welche aus der Gruppe gewählt ist, die Titankarbid, Titannitrid, Titankarbonitrid, Titankarboxid, Titankarbonitroxid, Aluminium und einem Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundmaterial umfasst, bei welchem die Zirkonoxidphasen um gemahlene Aluminiumoxidphasen herum dispergiert werden, wobei die harte Beschichtung mit einer Außenschicht versehen ist, welche Titanoxid aufweist, das durch die Summenformel TiO_w ausgedrückt ist, wobei w von 1,20 bis 1,90 reicht Die äußerste Schicht weist ein attraktives äußeres Erscheinungsbild auf und zeigt auch eine exzellente Oberflächenschmierfähigkeit gegen Absplittern. Dieses beschichtete Karbidelement weist eine gute Verschleißfestigkeit und eine lange Lebensdauer auf, selbst wenn es für Hochgeschwindigkeitsschneidvorgänge von viskosen Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl, eingesetzt wird.
Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung und vieler der mit ihr einhergehenden Vorteile wird leicht gewonnen, wenn dieselben unter Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung verstanden werden, welche in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen zu sehen ist, bei welchen:
1 eine Umrißskizze eines beschichteten Sinterkarbideinsatzes (a) und eine Querschnittsansicht des Einsatzes (b) ist;
2 eine Umrißskizze eines beschichteten Sinterkarbidschaftfräsers (a) und eine Querschnittsansicht des Schaftfräsers (b) ist; und
3 eine Umrißskizze des beschichteten Sinterkarbidbohrers (a) und eine Querschnittsansicht des Bohrers (b) ist.
Die vorliegende Erfindung liefert eine harte Beschichtung, welche auf das Schneidelement eines Schneidwerkzeugs aufgebracht wird. Der Ausdruck „Schneidelement" bezieht sich auf den Teil des Schneidwerkzeugs, welcher das Werkstück tatsächlich schneidet. Schneidelemente beinhalten austauschbare Schneideinsätze, welche an den Schneidhaltern von Drehmeißeln, Stirnfräserkörpern und Schaftfräserkörpern befestigt werden. Schneidelemente umfassen auch Schneiden von Bohrern und Schaftfräsern. Das Schneidelement ist vorzugsweise aus Sinterkarbidsubstraten auf Wolframkarbidbasis hergestellt.
Die harte Beschichtung überzieht vorzugsweise einen Bereich der Oberfläche, und bevorzugter die gesamte Oberfläche des Schneidelementes. Die harte Beschichtung ist eine Titanverbundschicht, welche aus wenigstens einer Schicht aus der Gruppe, die aus TiC, TiN, TiCN, TiCO und TiCNO umfasst, einer Al₂O₃-Schicht und/oder einer Al₂O₃-ZrO₂-Verbundschicht und einer Außenschicht besteht, die Titanoxid aufweist, welches eine Zusammensetzung mit der Formel TiO_w hat, wobei w von 1,25 bis 1,90 reicht. Eine TiN-Schicht, welche ein schönes Aussehen hat, kann auch als Beschichtung und äußerste Schicht auf der Außenschicht verwendet werden, wobei die äußerste TiN-Schicht in eine Titannitroxidschicht umgewandelt wird, die eine Zusammensetzung mit der Formel TiN_1–y(O)_y aufweist, wobei (O) den von unterhalb der Titanoxidschicht abgegebenen Sauerstoff ausdrückt und von 0,01 bis 0,40 reicht. Die Außenschicht oder die äußerste Schicht zeigt eine bessere Eigenschaft bezüglich der Oberflächenschmierfähigkeit gegen Absplittern, was bedeutet, daß es kaum vorkommt, daß Splitter an den Schneiden haften bleiben, selbst wenn das beschichtete Karbidelement für Schneidvorgänge von extrem viskosen Arbeitsmaterialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl, eingesetzt wird.
Die bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung wurden gefunden, nachdem viele verschiedene Arten von harten Beschichtungen auf Sinterkarbid-Schneidelementen auf den Aspekt hin getestet worden waren, ein neues beschichtetes Karbidelement mit langer Lebensdauer zu entwickeln, an welchem Splitter kaum anhaften, selbst wenn das Schneidelement für Hochgeschwindigkeitsschneidvorgänge viskoser Materialien eingesetzt wird. Aus diesen Versuchen ergaben sich die folgenden Ergebnisse (A) bis (F):

(A) Gemäß US 4,442,169 A kann eine Titanoxidschicht (TiO₂) mittels chemischer Bedampfung aus einem Reaktionsgemisch von TiCl₄, CO₂ und H₂ hergestellt werden. Ferner kann gemäß EP 0878,563 B1 eine auf Titanoxid basierende Schicht mit Ti₂O₃ mit einer Korundphase und TiCNO mit einer kubischen Phase mittels chemischer Bedampfung unter Verwendung eines Reaktionsgemisches aus TiCl₄, CO₂, N₂ und H₂ hergestellt werden. Aber bezüglich ihrer Verwendung als Oberflächenschicht eines beschichteten Karbidelementes ist die Oberflächenglätte dieser konventionellen Titanoxidschichten nicht ausreichend, wobei sich manchmal noch Kanten, welche zu kürzeren Werkzeuglebensdauern führen als erwartet, an der Schneide aufgrund des Anhaftens von Arbeitssplittern daran aufbauen.
(B) Eine Titanoxidschicht, die eine sehr glatte Oberfläche aufweist und durch die Summenformel TiO_w ausgedrückt werden kann, wobei w von 125 bis 1,90 reicht, kann mittels chemischer Bedampfung unter Verwendung eines Reaktionsgasgemisches hergestellt werden, welches eine große Menge an Inertgas enthält und vorzugsweise 0,2 bis 10 Volumenprozent (hiernach nur Prozent) TiCl₄, 0,1 bis 10 Prozent Kohlendioxid (CO₂), 5 bis 60 Prozent Argon (Ar), wobei der Rest der Bilanz aus Wasserstoff (H₂) besteht, bei einer Temperatur von 800 bis 1100°C und einem Druck von 3999,72 bis 66662 Pa (30 bis 500 Torr) aufweist. Das Atomverhältnis w kann durch Messung unter Verwendung der Anger-Elektronenspektroskopie (hiernach als „AES" bezeichnet) ermittelt werden, wobei der Mittelpunkt der Schicht der glatten Querschnittsfläche der harten Beschichtung mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird.
(C) Wenn die Titanoxidschicht als Außenschicht auf das konventionelle beschichtete Karbidelement aufgebracht wird, hat das Werkzeug eine lange Lebensdauer ohne irgendwelches Anhaften von Splittern und Abbrechen und Absplittern an der Schneide, selbst wenn es bei Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen von schwierig zu verarbeitenden Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl, eingesetzt wird, da die äußere Titanoxidschicht eine extrem niedrige Affinität zu diesen Materialien und eine erhöhte Oberflächenebenheit und Schmierfähigkeit der Schicht aufweist
(D) Während des Aufbringen der TiN-Schicht als äußerste Schicht auf das beschichtete, eine Außenschicht aus Titanoxid aufweisende Karbidelement mittels chemischer Bedampfung unter Verwendung eines konventionellen Reaktionsgasgemisches für TiN, welches vorzugsweise 0,2 bis 10 Prozent TiCl₄, 4 bis 60 Prozent Stickstoff (N₂) und einen Rest aus Wasserstoff H₂ enthält, bei einer Temperatur von 800 bis 1100°C und einem Druck von 3999,72 bis 86660,6 Pa (30 bis 650 Torr) verteilt sich etwas von dem Sauerstoff unterhalb der Titanoxidschicht in die wachsende äußerste TiN-Schicht. Folglich wird eine Titannitroxidschicht gebildet, welche diffundierten Sauerstoff enthält. Nach dem Aufbringen der äußersten Titannitroxidschicht fällt der w-Wert der Außenschicht, TiO_w, von 1,25–1,90 auf 1,20–1,70. Dabei ändert sich das Atomverhältnis des diffundierten Sauerstoffs zu Titan der äußersten Titannitorxidschicht derart, daß es von 0,01 bis 0,40 reicht. Diese Schicht wird als Summenformel TiN_1–y(O)_y, ausgedrückt, wobei (O) den von unterhalb der Titanoxidschicht diffundierten Sauerstoff ausdrückt und y das Atomverhältnis des diffundierten Sauerstoffs zu Titan ausdrückt. In diesem Fall hat das Werkzeug auch eine lange Lebensdauer ohne irgendwelches Anhaften von Splittern und Abbrechen und Absplittern an der Schneide, selbst wenn es bei Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen von schwierig zu verarbeitenden Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl, eingesetzt wird, da die äußerste Titannitroxidschicht eine extrem niedrige Affinität zu diesen Materialien und erhöhte Oberflächenschmierfähigkeit aufweist. Ferner weist die äußerste Titannitroxidschicht, welche diffundierten Sauerstoff umfaßt, eine visuell sehr ansprechende, äußere, goldene Farbe wie eine konventionelle TiN-Schicht auf Dies macht es auch leichter für den Maschinenbediener, neue Schneidelement gegenüber bereits abgenutzten zu identifizieren.
(E) Anstelle des Aufbringens der äußersten TiN-Schicht auf die Titanoxidschicht führt die Beschichtung mit einer TiC- oder TiCN-Schicht zu denselben Wirkungen einschließlich der hohen Oberflächenschmierfähigkeit.
(F) In dem Fall, daß die äußere Titanoxidschicht auf die Oberfläche von entweder der Al₂O3-Schicht oder der Al₂O₃-ZrO₂-Verbundschicht aufgebracht wird, kann ein Aufhaften zwischen den Flächen der Titanoxidschicht und der Al₂O3-Schicht oder der Al₂O₃-ZrO₂-Verbundschicht weiter verstärkt werden, indem dieses beschichtete Karbidelement in einer Gasumgebung mit 0,05 bis 10 Prozent TiCl₄, wobei der Rest aus einem Inertgas wie Ar besteht, bei einer Temperatur von 800 bis 1100°C und einem Druck von 3999,72 bis 86660,6 Pa (30 bis 650 Torr) über eine vorgeschriebene Dauer, beispielsweise 5 Minuten bis 5 Stunden, gehalten wird. Diese Behandlung führt zu einem Diffusionsbereich um die Grenzfläche der Titanoxidschicht mit der Al₂O3-Schicht oder der Al₂O₃-ZrO₂-Verbundschicht. Die Dicke dieses Bereiches reicht von 0,05 bis 2 μm. Diese Behandlung ist besonders wirksam, wenn der w-Wert ziemlich niedrig ist, beispielsweise innerhalb der Grenzen von 1,25 bis 1,40, oder wenn die äußere Titanoxidschicht ziemlich dünn ist, beispielsweise innerhalb der Grenzen von 0,1 bis 1 μm.

Basierend auf diesen Ergebnissen, liefert die vorliegende Erfindung ein beschichtetes Karbidelement, das über eine lange Zeitdauer bei Hochgeschwindigkeitsschneidvorgängen nicht nur an gewöhnlichem Stahl und Gußeisen, sondern auch an schwierig zu verarbeitenden Materialien, wie Edelstahl und weichem unlegiertem Stahl aufgrund seiner exzellenten Oberflächenschmierfähigkeit gegen Splitterbildung und seiner Oberflächenglätte eine höhere Festigkeit gegen das Abbrechen oder Absplittern seiner Schneide aufweist, welches vorzugsweise aus einem Sinterkarbidsubstrat und einer auf dem Substrat gebildeten, harten Beschichtung mit vorzugsweise einer Durchschnittsdicke von 3 bis 30 μm besteht, welche aus wenigstens einer Schicht, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die TiC, TiN, TiCN, TiCO und TiCNO umfasst, und der Al₂O₃-Schicht und/oder der Al₂O₃-ZrO₂-Verbundschicht gebildet ist, wobei die harte Beschichtung ferner eine äußere Titanoxidschicht mit einer Durchschnittsdicke von 0,1 bis 3 μm aufweist, welche als TiO_w ausgedrückt werden kann, wobei w für das Atomverhältnis von Sauerstoff Titan steht, welches durch AES-Bestimmung auf 1,25 bis 1,90 ermittelt ist.
Das beschichtete Karbidelement kann auch eine äußerste Titannitroxidschicht mit einer Durchschnittsdicke von 0,05 bis 2 μm aufweisen, welche als TiN_1–y(O)_y ausgedrückt werden kann, wobei (O) diffundierter Sauerstoff ist und y das Atomverhältnis des diffundierten Sauerstoffs zu Titan ausdrückt, welches durch AES-Bestimmung von 0,01 bis 0,40 auf der äußeren Titanoxidschicht reichen kann.
In der vorliegenden Erfindung liegt die Durchschnittsdicke der harten Beschichtung vorzugsweise zwischen 3 und 30 μm. Eine exzellente Verschleißfestigkeit kann bei einer Dicke von weniger als 3 μm nicht erreicht werden, wohingegen bei einer Dicke von mehr als 30 μm ein Abbrechen und Absplittern an der Schneide des Schneidelementes leicht auftritt.
Die Durchschnittsdicke der Außenschicht liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 3 μm. Bei einer Dicke von weniger als 0,1 μm können keine zufriedenstellende Oberflächenschmierfähigkeit und ausreichende Sauerstoffversorgung der äußersten Schicht erreicht werden, wohingegen diese Eigenschaften bei 3 μm immer noch ausreichend sind.
Die Durchschnittsdicke der äußersten Schicht liegt vorzugsweise zwischen 0,05 und 2 μm. Bei einer Dicke von weniger als 0,05 μm können kein zufriedenstellendes Oberflächenaussehen und keine gute Oberflächenschmierfähigkeit sichergestellt werden, wohingegen das äußere Erscheinungsbild und die Oberflächenschmierfähigkeit bei 2 μm ausreichend sind.
Bezüglich der äußersten Titannitroxidschicht liegt das Atomverhältnis des diffundierten Sauerstoffs zu Titan, welches der y-Wert ausdrückt, vorzugsweise bei 0,01 bis 0,40. Wenn y weniger als 0,01 beträgt, kann keine zufriedenstellende Oberflächenschmierfähigkeit erreicht werden, wohingegen sich leicht einige Poren unterhalb der Titanoxidschicht bilden und folglich die Bildung einer haltbaren Schicht nicht möglich ist, wenn y mehr als 0,40 beträgt. Die äußerste Schicht kann gebildet werden, wenn eine TiN-Schicht auf die äußere Titanoxidschicht aufgebracht wird, deren Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan, welches der w-Wert ausdrückt, von 1,25 bis 1,90 reicht. Bei dem Bildungsmechanismus der Titannitroxidschicht ist offensichtlich, daß die Diffusion des Sauerstoffs von unterhalb der Titanoxidschicht unerläßlich ist. In dem Fall, wo der Wert von w kleiner als 1,25 ist, wird es schwierig, eine äußerste Titannitroxidschicht zu erhalten, welche eine ausreichende Menge an diffundiertem Sauerstoff aufweist. Wenn jedoch auf der anderen Seite der Wert w mehr als 1,90 beträgt, diffundiert zu viel Sauerstoff in die äußerste Schicht, wenn der y-Wert mehr als 0,40 beträgt. So ist der Wert von w auf den Bereich zwischen 1,25 und 1,90 begrenzt.
Nachdem die Erfindung allgemein beschrieben wurde, kann ein weiteres Verständnis unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele erreicht werden.
Beispiele
Beispiel 1
Die folgenden pulverisierten Materialien, deren Durchschnittskorngröße in dem Bereich von 0,5 bis 4 μm lag, wurden als Rohmaterialien für Substrate vorbereitet: ein WC-Pulver, ein TiC/WC-Pulver (TiC/WC = 30/70 Gew.-%), ein (Ti,W)CN-Pulver (TiC/TiN/WC = 24/20/56), ein TaC/NbC-Pulver (TaC/NbC = 90/10), ein Cr₃Cr₂-Pulver und ein Co-Pulver. Diese Pulver wurden basierend auf der in Tabelle I gezeigten Formel vermischt, in einer Kugelmühle über 72 Stunden naß gemahlen und getrocknet. Mehrere trockene Pulvergemische wurden auf diese Weise hergestellt und dann wurde jedes bei einem Druck von 1 Tonne/cm² zu Grünlingen gepreßt, welche unter den folgenden Bedingungen gesintert wurden: Druck: 1,33 bis 6,67 Pa (0,01 bis 0,05 Torr), Temperatur: 1300 bis 1500°C, Haltezeit: 1 Stunde, um Sinterkarbideinsatzsubstrate A bis F, wie in der ISO-CNMG 120408 definiert, herzustellen, deren Form in 1 gezeigt ist.
Die Schneiden der Sinterkarbideinsatzsubstrate A bis F wurden gehont. Jedes Substrat wurde einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtungen auf dem Substrat zu bilden. 1-TiCN in Tabelle 2 stellt die TiCN-Schicht dar, die eine in die Länge gewachsene Kristallmorphologie aufwies, wie in der JP 6-8010 A beschrieben. Sollbeugungswinkel für sowohl alpha-Al₂O₃ und kappa-Al₂O₃ in Tabelle 2 stehen für den Beugungswinkel (2θ), der die maximale Peakstärke unter allen Peaks aufweist, welche zu Al₂O₃ in Röntgendiagrammen gehören. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbideinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer Al₂O₃-Schicht und einer äußeren Titanoxidschicht auf jedes Substrat aufgebracht, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 4 gezeigt sind. Um konventionelle beschichtete Sinterkarbideinsätze herzustellen, wurden dieselben Substrate und Beschichtungsstrukturen genommen, jedoch im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung mit äußeren Titanoxidschichten, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 5 gezeigt sind. Beschichtete Sinterkarbideinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 14 und konventionelle beschichtete Karbideinsätze 1 bis 14 wurden auf solche Weise hergestellt.
Bei den beschichteten Sinterkarbideinsätzen der vorliegenden Erfindung 1 und 3 wurde eine Behandlung zur Verbesserung des Anhaftens zwischen den Flächen der Al₂O₃-Schicht und der äußeren Titanoxidschicht angewandt nachdem die Titanoxidschicht aufgebracht worden war. Für den vorliegenden Einsatz 1 waren die Bedingungen der Behandlung die folgenden: eine Gasverbindung aus TiCl₄ (1 Vol.-%), wobei Ar die restliche Gaskomponente darstellt; eine Temperatur von 1020°C; ein Druck von 6666,12 Pa (50 Torr); eine Dauer von 1 Stunde. Für den vorliegenden Einsatz 3 waren die Bedingungen wie folgt: eine Gasverbindung aus TiCl₄ (0,2 Vol.-%), wobei Ar die restliche Gaskomponente darstellt; eine Temperatur von 1000°C; ein Druck von 19998,36 Pa (150 Torr); eine Dauer von 2 Stunden. Bei einer Querschnittsuntersuchung unter Verwendung von AES wurde für den vorliegenden Einsatz 1 ein Diffusionsbereich mit einer Dicke von 0,9 μm untersucht, während für den vorliegenden Einsatz 3 ein Diffusionsbereich mit einer Dicke von 0,6 μm untersucht wurde. Das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan der äußeren Titanoxidschicht (w-Wert) wurde unter Einsatz von AES untersucht, und er war fast identisch mit dem Sollwert, wie in Tabelle 3 gezeigt.
Aus der Untersuchung der harten Beschichtungen unter Verwendung eines optischen Mikroskops ergab sich, daß die Dicke jeder Schicht fast identisch mit der geplanten Dicke war. Auch aus der Untersuchung der harten Beschichtung unter Verwendung der Röntgenspektroskopie, deren Quelle eine Cu K α-Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 1,5 A war, ergab sich, daß jede Al₂O₃-Schicht die maximale Peakstärke in demselben Winkel wie dem Sollwinkel aufwies.
Ferner wurden mit den beschichteten Sinterkarbideinsätzen der vorliegenden Erfindung 1 bis 14 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbideinsätzen 1 bis 14 die folgenden kontinuierlichen und diskontinuierlichen Schneidversuche durchgeführt. Die Verschleißbreite auf der Flankenseite wurde bei jedem Versuch gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.

(1-1) Schneidart: kontinuierliches Drehmeißeln von Edelstahl Werkstück: runde JIS SUS304-Stange Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdr. Schnittiefe: 1 mm Schneidzeit: 10 min. Kühlmittel: trocken
(1-2) Schneidart: diskontinuierliches Drehmeißeln von Edelstahl Werkstück: runde JIS SUS304-Stange mit 4 Längsnuten Schneidgeschwindigkeit: 200 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,17 mm/Umdr. Schnittiefe: 1 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken
(1-3) Schneidart: diskontinuierliches Drehmeißeln von weichem, unlegiertem Stahl Werkstück: runde JIS S15C-Stange mit 4 Längsnuten Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,25 mm/Umdr. Schnittiefe: 1,5 mm Schneidzeit: 5 min. Kühlmittel: trocken

Beispiel 2
Dieselben Sinterkarbideinsatzsubstrate A bis F wie in Beispiel 1 wurden hergestellt. Die Schneiden der Sinterkarbideinsatzsubstrate A bis F wurden gehont. Jedes Substrat wurde einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtungen auf dem Substrat zu bilden. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbideinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer Al₂O₃-Schicht, einer äußeren Titanoxidschicht, welche diffundierenden Sauerstoff liefert, und einer aus diffundiertem Sauerstoff gebildeten äußersten. Titannitroxidschicht aufgebracht, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 7 gezeigt sind. Um konventionelle beschichtete Sinterkarbideinsätze herzustellen, wurden, im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung, dieselben Substrate und Beschichtungsstrukturen genommen, außer daß die äußere Titanoxidschicht und die äußerste Titannitroxidschicht durch eine TiN-Schicht ersetzt wurden. Die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht der konventionellen Sinterkarbideinsätze sind in Tabelle 8 gezeigt Beschichtete Sinterkarbideinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung 15 bis 24 und konventionelle beschichtete Karbideinsätze 15 bis 24 wurden auf solche Weise hergestellt.
Bei den beschichteten Sinterkarbideinsätzen der vorliegenden Erfindung 17 und 21 wurde eine Behandlung zur Verbesserung des Anhaftens zwischen den Flächen der Al₂O₃-Schicht und der Titanoxidschicht angewandt, nachdem eine äußere Titanoxidschicht aufgebracht worden war. Für den vorliegenden Einsatz 17 waren die Bedingungen der Behandlung die folgendem eine Gasverbindung aus TiCl₄ (0,5 Vol.-%), wobei Ar die restliche Gaskomponente darstellt; eine Temperatur von 1000°C; ein Druck von 13332,4 Pa (100 Torr); und eine Dauer von 1 Stunde. Für den vorliegenden Einsatz 21 waren die Bedingungen wie folgt: eine Gasverbindung aus TiCl₄ (0,1 Vol.-%), wobei Ar die restliche Gaskomponente darstellt; eine Temperatur von 1000°C; ein Druck von 6666,12 Pa (50 Torr) und eine Dauer von 2 Stunde.
Bei der Querschnittsuntersuchung unter Verwendung von AES wurde für den vorliegenden Einsatz 17 ein Diffusionsbereich mit einer Dicke von 0,6 μm ermittelt, während für den vorliegenden Einsatz 21 ein Diffusionsbereich mit einer Dicke von 0,8 μm festgestellt wurde. Das Atomverhältnis von Sauerstoff zu Titan an der äußeren Titanoxidschicht (w-Wert) und das Atomverhältnis des diffundierten Sauerstoffs zu Titan an der äußersten Titannitroxidschicht (y-Wert) wurden unter Einsatz von AES untersucht, und die Werte sind in Tabelle 9 dargestellt Aus der Untersuchung der harten Beschichtungen unter Verwendung eines optischen Mikroskops ergab sich, daß die Dicke jeder Schicht fast identisch mit der geplanten Dicke war. Auch aus der Untersuchung der harten Beschichtung unter Verwendung der Röntgenspektroskopie, deren Quelle eine Cu K α-Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 1,5 A war, ergab sich, daß jede Al₂O₃-Schicht die maximale Peakstärke in demselben Winkel wie dem Sollwinkel aufwies.
Ferner wurden mit den beschichteten Sinterkarbideinsätzen der vorliegenden Erfindung 15 bis 24 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbideinsätzen 15 bis 24 die folgenden kontinuierlichen und diskontinuierlichen Schneidversuche durchgeführt. Die Verschleißbreite auf jeder Flankenseite wurde bei jedem Versuch gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt.

(2-1) Schneidart: kontinuierliches Drehmeißeln von legiertem Stahl Werkstück: runde JIS SCM440-Stange Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdr. Schnittiefe: 1,5 mm Schneidzeit: 5 min. Kühlmittel: trocken
(2-2) Schneidart: diskontinuierliches Drehmeißeln von legiertem Stahl Werkstück: runde JIS SNCM439-Stange mit 4 Längsnuten Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,25 mm/Umdr. Schnittiefe: 1,5 mm Schneidzeit: 5 min. Kühlmittel: trocken

Beispiel 3
Die folgenden Pulver wurden als Rohmaterialien hergestellt: ein grobes WC-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 5,5 μm; ein feines WC-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 0,8 μm; ein TaC-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 1,3 μm; ein NbC-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 1,2 μm; ein ZrC-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 1,2 μm; ein Cr₃C₂-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 2,3 μm; ein VC-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 1,5 μm; ein (Ti,W)C-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 1,0 μm; ein Co-Pulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 1,8 μm; und ein Kohlenstoffpulver mit einer Korndurchschnittsgröße von 12 μm. Eine Anzahl von Pulvermischungen wurde durch Mischen gemäß den in Tabelle 10 gezeigten Formeln mit Wachs in Acetonlösemittel hergestellt. Jedes Pulvergemisch wurde in einer Kugelmühle aber 24 Stunden naß gemahlen und getrocknet. Nachdem jedes trockene Gemisch bei einem Druck von 1 Tonne/cm² zu einem Grünling gepreßt worden war, wurde jeder Grünling unter den folgenden Bedingungen gesintert: ein Druck von 6,66612 Pa (0,05 Torr); eine Erwärmungsgeschwindigkeit von 7°C/min; eine Temperatur von 1370 bis 1470°C und eine Haltezeit von 1 Stunde, um Sinterkarbidmaterialien herzustellen, deren Formen Säulen mit Durchmessern von 8 mm, 13 mm und 26 mm entsprachen. Ferner wurden Sinterkarbidschaftfräsersubstrate a bis h mit den folgenden Größen: ϕ 6 mm × 13 mm, ϕ 10 mm × 22 mm und ϕ 20 mm × 45 mm, deren Formen und Zusammensetzungen in 2 und Tabelle 10 gezeigt sind, mit einem Schleifverfahren an den säulenförmigen Sinterkarbidmaterialien hergestellt.
Die Schneiden der Sinterkarbidschaftfräsersubstrate a bis h wurden gehont. Jedes Substrat wurde einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtungen auf den Substraten zu bilden. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbidschaftfräser gemäß der vorliegendes Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer Al₂O₃-Schicht und einer äußeren Titanoxidschicht auf jedes Substrat aufgebracht, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 11 gezeigt sind. Um konventionelle beschichtete Sinterkarbidschaftfräser herzustellen, wurden, im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung, dieselben Substrate und Beschichtungsstrukturen genommen, außer daß äußere Titanoxidschichten aufgebracht wurden, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 12 gezeigt sind. Beschichtete Sinterkarbidschaftfräser gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 8 und konventionelle beschichtete Karbidschaftfräser 1 bis 8 wurden auf solche Weise hergestellt.
Ferner wurden mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 1 bis 3 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräser 1 bis 3 die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(3-1) Schneidart: Nutenfräsen an Edelstahl Werkstück: quadratische JIS SUS304-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 60 m/min. Tischzufuhrgeschwindigkeit: 200 mm/min. Schnittiefe: 3 mm Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel

Mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 4 bis 6 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern 4 bis 6 wurden die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(3-2) Schneidart: Nutenfräsen an weichem, unlegiertem Stahl Werkstück: quadratische JIS S15C-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm. Schneidgeschwindigkeit: 80 m/min. Tischzufuhrgeschwindigkeit: 400 mm/min. Schnittiefe: 6 mm Kühlmittel: trocken

Mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 7 und 8 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern 7 und 8 wurden die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(3-3) Schneidart: Nutenfräsen an Edelstahl Werkstück: quadratische JIS SUS304-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 70 m/min. Tischzufuhrgeschwindigkeit: 200 mm/min. Schnittiefe: 15 mm Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel

Bei jedem Nutenfräsversuch wurde die Gesamtnutenlänge gemessen, welche hergestellt werden kann, bis der Durchmesser der unteren Schneide des Schaftfräsers sich um 0,20 mm im Vergleich zum Original verringert hat. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 11 und 12 gezeigt.
Beispiel 4
Dieselben Sinterkarbidschaftfräsersubstrate a bis h wie in Beispiel 3 wurden hergestellt. Die Schneiden der Sinterkarbidschaftfräsersubstrate a bis h wurden gehont. Jedes Substrat wurde einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, tun harte Beschichtungen auf den Substraten zu bilden. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbidschaftfräser gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer Al₂O₃-Schicht, einer äußeren Titanoxidschicht, welche diffundierenden Sauerstoff liefert, und einer diffundierten Sauerstoff umfassenden äußersten Titannitroxidschicht aufgebracht, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 13 gezeigt sind. Um konventionelle beschichtete Sinterkarbidschaftfräser herzustellen, wurden, im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung, dieselben Beschichtungsbedingungen eingesetzt, außer daß die äußere Titanoxidschicht und die äußerste Titannitroxidschicht durch eine TiN-Schicht ersetzt wurden, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und die Dicke für jede Schicht in Tabelle 14 gezeigt sind. Beschichtete Sinterkarbidschaftfräser gemäß der vorliegenden Erfindung 9 bis 16 und konventionelle beschichtete Karbidschaftfräser 9 bis 16 wurden auf solche Weise hergestellt.
Ferner wurden mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 9 bis 11 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern 9 bis 11 die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(4-1) Schneidart: Nutenfräsen an legiertem Stahl Werkstück: quadratische JIS SCM440-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 80 m/min. Tischzufuhrgeschwindigkeit: 500 mm/min. Schnittiefe: 3 mm Kühlmittel: trocken

Mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 12 bis 14 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern 12 bis 14 wurden die folgenden Schneidversuche durchgeführt

(4-2) Schneidart: Nutenfräsen an legiertem Stahl Werkstück: quadratische JIS SCM440-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 90 m/min. Tischzufuhrgeschwindigkeit: 500 mm/min. Schnittiefe: 6 mm Kühlmittel: trocken

Mit den beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern der vorliegenden Erfindung 15 und 16 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidschaftfräsern 15 und 16 wurden die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(4-3) Schneidart: Nutenfräsen an legiertem Stahl Werkstück: quadratische JIS SCM415-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 90 m/min. Tischzufuhrgeschwindigkeit: 500 mm/min. Schnittiefe: 15 mm Kühlmittel: trocken

Bei jedem Nutenfräsversuch wurde die Gesamtnutenlänge gemessen, welche hergestellt werden kann, bis der Durchmesser der unteren Schneide des Schaftfräsers sich um 0,20 mm im Vergleich zum Original verringert hat Die Ergebnisse sind in den Tabellen 13 und 14 gezeigt.
Beispiel 5
Dieselben Sinterkarbidmaterialien wie in Beispiel 3, deren Formen Säulen mit Durchmessern von 8 mm, 13 mm und 26 mm entsprachen, wurden hergestellt.
Sinterkarbidbohrersubstrate a' bis h' mit den folgenden Größen: ϕ 4 mm × 13 mm, ϕ 8 mm × 22 mm und ϕ 16 mm × 45 mm, deren Formen und Zusammensetzungen in 3 und Tabelle 15 gezeigt sind, wurden mit einem Schleifverfahren an den säulenförmigen Sinterkarbidmaterialien hergestellt.
Die Schneiden der Sinterkarbidbohrersubstrate a' bis h' wurden gehont. Jedes Substrat wurde einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtungen auf den Substraten zu bilden. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbidbohrer gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer Al₂O₃-Schicht und einer äußeren Titanoxidschicht auf jedes Substrat aufgebracht, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 16 gezeigt sind. Um konventionelle beschichtete Sinterkarbidbohrer herzustellen, wurden, im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung, dieselben Substrate und Beschichtungsstrukturen genommen, außer daß eine äußere Titanoxidschicht aufgebracht wurde, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und die Dicke für jede Schicht in Tabelle 17 gezeigt sind. Beschichtete Sinterkarbidbohrer gemäß der vorliegenden Erfindung 1 bis 8 und konventionelle beschichtete Sinterkarbidbohrer 1 bis 8 wurden auf solche Weise hergestellt.
Ferner wurden mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 1 bis 3 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 1 bis 3 die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(5-1) Schneidart: Bohren auf Edelstahl Werkstück: quadratische JIS SUS304-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 25 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,1 mm/Umdr. Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel

Mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 4 bis 6 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 4 bis 6 wurden die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(5-2) Schneidart: Bohren auf Edelstahl Werkstück: quadratische JIS SUS304-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 30 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,15 mm/Umdr. Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel

Mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 7 und 8 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 7 und 8 wurden die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(5-3) Schneidart: Bohren auf Edelstahl Werkstück: quadratische JIS S15C-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 70 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,35 mm/Umdr. Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel

Bei jedem Bohrversuch wurde die Anzahl an Löchern gezählt, die gebohrt werden konnte, bis der Flankenverschleiß des Bohrers 0,30 mm erreichte. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 16 und 17 gezeigt.
Beispiel 6
Dieselben Sinterkarbidbohrersubstrate a' bis h' wie in Beispiel 5 wurden hergestellt. Die Schneiden der Sinterkarbidbohrersubstrate a' bis h' wurden gehont. Jedes Substrat wurde einer chemischen Bedampfung unter Verwendung konventioneller Ausrüstung unter den in den Tabellen 2 und 3 aufgeführten Bedingungen unterzogen, um harte Beschichtungen auf den Substraten zu bilden. Zur Herstellung der beschichteten Sinterkarbidbohrer gemäß der vorliegenden Erfindung wurde eine harte Beschichtung mit einer Titanverbundschicht, einer Al₂O₃-Schicht, einer äußeren Titanoxidschicht, welche diffundierenden Sauerstoff liefert, und einer den diffundierten Sauerstoff aufnehmenden äußersten Titannitroxidschicht auf die beschichteten Schneiden aufgebracht, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und Dicke für jede Schicht in Tabelle 18 gezeigt sind. Um konventionelle beschichtete Sinterkarbidbohrer herzustellen, wurden, im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung, dieselben Beschichtungsbedingungen eingesetzt, außer daß die äußere Titanoxidschicht und die äußerste Titannitroxidschicht durch eine TiN-Schicht ersetzt wurden, wobei die festgelegte Beschichtungsstruktur und die Dicke für jede Schicht in Tabelle 19 gezeigt sind. Beschichtete Sinterkarbidbohrer gemäß der vorliegenden Erfindung 9 bis 16 und konventionelle beschichtete Sinterkarbidbohrer 9 bis 16 wurden auf solche Weise hergestellt.
Ferner wurden mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 9 bis 11 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 9 bis 11 die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(6-1) Schneidert: Bohren auf legiertem Stahl Werkstück: quadratische JIS SCM440-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 50 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdr. Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel

Mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 12 bis 14 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 12 bis 14 wurden die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(6-2) Schneidart: Bohren auf legiertem Stahl Werkstück: quadratische JIS SCM440-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 60 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdr. Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel

Mit den beschichteten Sinterkarbidbohrern der vorliegenden Erfindung 15 und 16 und den konventionellen beschichteten Sinterkarbidbohrern 15 und 16 wurden die folgenden Schneidversuche durchgeführt.

(6-3) Schneidart: Bohren auf legiertem Stahl Werkstück: quadratische JIS SCM415-Stange, 100 mm × 250 mm, Dicke: 50 mm Schneidgeschwindigkeit: 75 m/min. Zufuhrgeschwindigkeit: 0,35 mm/Umdr. Kühlmittel: wasserlösliches Kühlmittel

Bei jedem Bohrversuch wurde die Anzahl an Löchern gezahlt, die gebohrt werden konnte, bis der Flankenverschleiß des Bohren 0,30 mm erreichte. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 18 und 19 gezeigt.

Claims

Beschichtetes Sinterkarbidschneidelement für Schneidwerkzeuge, mit einem Substrat und einer harten Beschichtung auf dem Substrat, wobei die harte Beschichtung wenigstens eine Schicht aufweist, welche aus der Gruppe gewählt ist, die aus Titankarbid, Titannitrid, Titankarbonitrid, Titankarboxid, Titankarbonitroxid, Aluminiumoxid und einem Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundmaterial, bei welchem Zirkonoxidphasen um gemahlene Aluminiumoxidphasen dispergiert sind, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Beschichtung mit einer Außenschicht versehen ist, welche Titanoxid aufweist, das durch die Summenformel TiO_w ausgedrückt ist, wobei w von 1,20 bis 1,90 reicht.
Schneidelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass w von 1,45 bis 1,80 reicht.
Schneidelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht eine Dicke von 0,1 bis 3 μm aufweist.
Schneidelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Außenschicht von 0,2 bis 1,5 μm reicht.
Schneidelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Beschichtung eine Dicke von 3 bis 30 μm aufweist.
Schneidelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es auf der Titanoxidschicht eine Titannitroxid der Summenformel TiN_1–y(O)_y enthaltende zusätzliche Schicht aufweist, wobei (O) den von der Titanoxidschicht in die darauf abgeschiedene Titannitridschicht diffundierten Sauerstoff ausdrückt und y von 0,01 bis 0,40 reicht.
Schneidelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äußerste Schicht eine Dicke von 0,05 bis 2 μm aufweist.
Schneidelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußerste Schicht eine Dicke von 0,1 bis 1 μm aufweist.
Schneidelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht Titanoxid mit der Summenformel TiO_w aufweist, wobei w von 1,35 bis 1,70 reicht.