SE527906C2

SE527906C2 - Belagt hårdmetallskär speciellt avsett för svarvning av rostfritt stål

Info

Publication number: SE527906C2
Application number: SE0401636A
Authority: SE
Inventors: Gunilla Cedergren; Mikael Lindholm; Ann-Britt Ljungberg; Mikael Lagerquist; Frida Cullin
Original assignee: Sandvik Intellectual Property
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-07-04
Also published as: CN100556589C; SE0401636L; SE0401636D0; CN1883854A

Description

30 35 40 Un ha *J vb C: a\ verktyget. Skador av detta slag, normalt betecknade spànhamring och spànklämning, kan delvis eller helt undvikas genom val av rätt mikrogeometri på skärets aktiva eggytor men i många fall är denna möjlighet inte tillräcklig.

US. No. 5,786,069 beskriver ett belagt svarvskär lämpligt för svarvning i smidda komponenter av rostfritt stål. Skäret har ett hårdmetallsubstrat innehållande 2-10 vikt-% kubiska karbider av element tillhörande grupperna IVb, Vb och/eller VIb av det perio- diska systemet (y-fas), 5-ll vikt-% koboltbindefas och resten wolf- ramkarbid (WC). Substratet har en bindefas med hög wolframhalt och den sintrade mikrostrukturen uppvisar en 15-35 pm djup Co-anrikad ytzon fri från y-fas. Beläggningen består av ett inre skikt av Ti(C,N,O) med kolumnära korn och ett yttre skikt av finkornig K- Al2O3. Men beträffande hårdmetallsubstratet så gynnas inte motståndet mot plastisk deformation av kombinationen av en nominellt hög bindefashalt och en tjock 7-fasutarmad ytzon följd av en zon karakteriserad av en hög koncentrationstopp av 7-fas. Detta kommer att resultera i snabb förslitning och kort livslängd vid bearbetning av austenitiska och duplexa rostfria stål vid höga skärhastigheter.

Multiskiktbeläggningar omfattande två typer av skikt av olika material som är omväxlande laminerade på substratet, där varje lager av det första skiktet har en viss tjocklek och varje lager av det andra skiktet har en annan tjocklek, är kända. De två skikten skall företrädesvis ha olika kristallstruktur och/eller åtminstone olika gitterparametrar. Ett exempel är när Al2O3- tillväxten periodiskt avbryts av en kort TiN-beläggningsprocess resulterande i en (Al2O3+TiN)n multiskiktstruktur se t ex Proceedings of the l2:th European CVD Conference sidan pr.8-349.

GB 2048960A beskriver en multiskiktbeläggning med ett flertal omväxlande skikt med tjockleken 0,02 till 0,1 pm bestående av hårda material av olika sammansättningar. I US 4,984,940 beskriver Bryant et al. ett skär sammansatt av ett hàrdmetallsubstrat med 6,1-6,5 vikt-% kobolt, en beläggning omfattande ett basskikt av titankarbonitrid följt av en multiskiktbeläggning. Sagda belägg- ningar består av en antal aluminiumoxidskikt skilda från och bundna till varandra av en grupp IVb metallnitrid, såsom titan- nitrid.

Ett hàrdmetallsubstrat med en beläggning omfattande 6-8 alu- miniumoxidskikt är också beskrivet i US 5,700,569. EP-A-1103635 W IS 20 25 30 35 (S1 hà “~l \1> CI) Cïx 3 _;_4_ beskriver ett skärverktyg bestående av ett hàrdmetallsubs 9,0-10,9 vikt-% kobolt och en beläggning omfattande ett ”Moderate Temperature" CVD (MTCVD) utfällt TiCN-skikt och ett multiskikt sammansatt av totalt 7-41 skikt av K-Al2O3 och TiN eller Ti(C,N)- Ökad ytjämnhet hos beläggningar genom mekanisk efterbehand- ling för att t ex reducera friktionen mellan verktyg och arbets- stycke visas i EP-A-127416, EP-A-298729, EP-A-693574 och EP-A- 683244.

Svensk Ansökan No. 0300175-7 beskriver ett belagt hàrdme- tallskär med höga krav pà slitstyrka och seghetsbeteende hos skäreggen och speciellt lämpligt för allmän svarvning av rostfria stål. Substratet har en 7-fasutarmad och bindefasanrikad ytzon ner till ett djup av 5 till 50 pm. Sammansättningen av substratet är 7,0 till 10,5 vikt-% Co, 4,0 till 9,0 vikt-% kubiska karbider av element från grupp IVb, Vb eller VIb av det periodiska systemet företrädesvis Nb, Ta och/eller Ti, ett kväveinnehàll av 0,01 till 0,2 vikt-% och resten wolframkarbid, WC. Beläggningen innehåller ett innersta skiktsystem av upp till tre skikt av TiCxNyOz (x+y+z5l), ett andra multiskiktsystem omfattande 5 till 31 omväx- lande skikt av Al2O3 och TiCxNyOZ (x+y+z§l), företrädesvis ll till 15 omväxlande skikt av K-Al2O3 och TiN, och ett yttersta skiktsys- tem omfattande ett eller flera skikt av TiCxNy (x+y§1) eller tre skikt i ordningsföljd TiN-TiC-TiN eller kombinationer därav. Vi- dare är de yttersta ytorna av det belagda skäret mekaniskt efter- behandlade så att multiskiktet och delvis det innersta skiktsys- temet är exponerat längs egglinjen.

Med hänsyn till känd teknik finns det ett behov av ett skär för bearbetning av stål vid höga hastigheter i allmänhet och rostfria stàl i synnerhet. Detta avser speciellt ett skär som företer ett ökat motstånd emot abrasiv och adhesiv förslitning, plastisk deformation, spànhamring och spànklämningsskador.

Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att förelägga ett skär kapabelt att samtidigt motstå alla ovannämnda förslit- ningssätt.

Det är ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning att undvika eller mildra problem associerade med tidigare kända verktygsprodukter och att framställa högprestandaverktyg för höga skärhastigheter. 10 20 25 30 35 40 (71 ñà *J \ß CD ON 4 Det är ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning att framställa ett verktyg med utomordentliga skärprestanda i krävande svarvningsoperationer i rostfria stål.

Det har överraskande visat sig att ett hàrdmetallskär med ett substrat innehållande jämförelsevis låga halter av kobolt och kubiska karbider, en tunn 7-fasutarmad och bindefasanrikad ytzon, i kombination med en beläggning omfattande ett mekaniskt efterbe- handlat multiskikt bestående av en mängd av omväxlande Al2O3 och TiCxNyOZ-skikt uppfyller dessa krav. Skäret uppvisar utomordent- ligt motstånd mot plastisk deformation, hög eggseghet och även ett tillräckligt motstånd mot adhesiv förslitning speciellt vid svarv- ning av austenitiska och duplexa rostfria stàl vid höga skärhas- tigheter.

Fig 1. är en svepelektronbild (SEM) av ett tvärsnitt av ytan av substratet och beläggningen enligt föreliggande uppfinning vari: multiskikt (Al2O3+TiN)6Al2O3 samt TiCxNy-skikt.

Fig 2.1 är ett schematiskt tvärsnitt av eggen utan efter- behandling.

Z. y-fasutarmad och bindefasanrikad ytzon inuti substratet A. TiN-skikt, B. kolumnärt Ti(C,N)-skikt, C. TiN-skikt, D.

E.

Fig 2.2 är ett schematiskt tvärsnitt av eggen med efter- behandling enligt uppfinningen där det yttersta skiktet E är av- lägsnat.

Fig 2.3 är ett schematiskt tvärsnitt av eggen med en efterbe- handling enligt uppfinningen där det yttersta skiktet E och mul- tiskiktet (Al2O3+TiN)xAl2O3 är avlägsnade.

Fig. 3 visar ett schematiskt tvärsnittet av eggen med en efterbehandling enligt tidigare känd teknik.

Mer speciellt avser uppfinningen ett WC+Co-baserat hårdme- tallsubstrat med tillsatser av kubiska karbider med en y-fasutarmad och bindefasanrikad ytzon, ett specifikt intervall för WC-korn- storleken, ett specifikt sammansättningsintervall för WC+Co, ett specifikt Ti/(Ti+Ta+Nb) förhållande och en beläggning pà hård- metallsubstratetet omfattande ett innersta skiktsystem utgörandes av ett tunt skikt av likaxlig TiCxNyOz följt av ett skikt av kolumnär TiCxNyOZ och ett tunt skikt av likaxlig TiCxNyOz. Detta ß 20 25 30 35 40 (I1 hå *~J \C> CD CI\ 5 innersta skiktsystem skall innehålla åtminstone tvâ skikt av TiCxNyOz med (x+y+zí1). Pà detta skiktsystem är ett multiskikt med en periodisk variation av TiCxNyOz- och Al2O3-skikt (x+y+Z§l) 0Ch ett yttersta skikt av Ticxuy (x+y5l) utfällda. Åtminstone det yttersta icke-oxidskiktet saknas i de ytor som är i direkt kontakt med material fràn arbetsstycket omkring skäreggen.

Sammansättningen av hárdmetallsubstratet skall omfatta 5,0- <8,0 vikt% Co, företrädesvis 5,0-<7,0 vikt% Co, och 3,0-8,0 vikt% kubiska karbider, företrädesvis 4,0-7,0 vikt% kubiska karbider av metallerna Ti, Ta och Nb och möjligen andra karbider av elementen från grupp IVb, Vb eller VIb av det periodiska systemet och resten wolframkarbid (WC). Medelkornstorleken för WC är 1,5-3,5 pm, före- trädesvis 2,0-3,0 pm. Tillsatsen av element som bildar kubiska karbider skall vara sådan att Ti/(Ti+Ta+Nb)-förhållandet är 0,05- 0,3, företrädesvis 0,1-0,25. Djupet av zon Z skall vara 5-30 pm, företrädesvis 5-25 pm. Sagda kubiska karbider får innehålla någon mängd av N och O och mängden av N skall vara 0,01-0,2 vikt%.

Den hårda och slitstarka refraktära beläggningen (Fig 1) ut- fälld pá hàrdmetallsubstratet enligt föreliggande uppfinning om- fattar: - ett första, innersta skikt (A) av TiCxNyOz med x+y+zí1, fö- reträdesvis y>x och z<0,2, helst y>0,8 och z=0, med likaxliga korn med storlek <0,5 pm och en total tjocklek <1,5 pm men >O,l pm före- trädesvis 0,1-0,6 pm. - ett andra skikt (B) av TiCXNyOz med x+y+z§l, företrädesvis med z=0, x>0,3 och y>0,3, helst x>0,5, med en tjocklek av 0,4-4,9 pm, företrädesvis 1,5-4,0 pm med kolumnära korn. - ett tredje skikt (C) av TiCxNyOz med x+y+z§1, företrädesvis y>x och z<0,2, helst y>0,8 och z=0, med likaxliga korn med storlek <0,5 pm och en total tjocklek <1,5 pm men >O,l pm, företrädesvis 0,2-0,8 pm. - den totala tjockleken av skikten A+B+C är 0,7-5,5 pm, före- trädesvis 1,2-5,0 pm. Helst skall vardera av skikten A och C vara tunnare än skiktet B. - ett multiskikt (D) bestående av en mängd av omväxlande Al2O3- och TiCxNyOz-skikt (x+y+zíl), företrädesvis K-Al2O3 och TiN-skikt. Det innersta och det yttersta skiktet i multiskikt- sekvensen är Al2O3-skikt. Det totala antalet skikt, omfattande både TiCxNyOz- och Al2O3-skikt, är mellan 5 och 31, företrädesvis ll och 15 skikt. Al203-skikten har en individuell skikttjocklek 20 25 30 35 (11 BJ \J \0 CD (Is 6 duell skikttjocklek av 0,01-0,2 pm, företrädesvis 0,02-0,15 pm.

Den totala tjockleken av multiskiktet är 1,0-5,0 pm, företrädesvis 1,5-4,0 pm. Kornstorleken hos vardera Al2O3-skiktet är lika med eller mindre än tjockleken av skiktet. - ett yttersta skiktsystem (E) bestående av ett eller flera skikt 1 oraningsföija av Ticxny (x+y51), företrädesvis tre till fem skikt i ordningsföljd av TiN, TiC, och TiN. Den totala tjock- leken är <2,0 pm men >0,l pm, företrädesvis 0,5-1,5 pm. - den total tjockleken av skikten A+B+C+D+E är 2,0-9,0 pm, företrädesvis 4,0-8,0 pm.

Den yttersta delen av beläggningen saknas omkring eggen i ytan motsvarande spånkontakten på spånsidan och kontakten med ar- betsstycket på släppningssidan. Helst motsvarar den betraktade ytan primärfasen på spånsidan när en primärfas existerar på den aktuella skärgeometrin så att beläggning saknas ett avstånd från en punkt definierad i fig. 2.2 med ett snitt vinkelrätt mot skä- rets sidplan på spànsidan "a" och på släppningssidan "b". Dessa avstånd beror på olika skärgeometrier och skärstorlekar etc., på spånsidan företrädesvis motsvarande 0,03 mm oberoende av existensen av en primärfas eller ej, a>b, företrä- desvis a>1,5b. I en utföringsform saknas endast skiktet E. I ett annat utförande saknas både skikt D och E i delar av ytan.

Belagda skär enligt föreliggande uppfinning omfattande före- trädesvis ett hårdmetallsubstrat tillverkas på ett sådant sätt att en zon nära ytan utarmad på kubisk karbid och anrikad på bindefas uppnås efter en tillsats av en låg mängd av kväve samt sintring i vakuum före beläggning. Sammansättningen av hårdmetallsubstratet omfattar 5,0-<8,0 vikt% Co, 3,0-8,0 vikt% kubiska karbider och resten är wolframkarbid (WC). Medelkornstorleken för WC är i in- tervallet 1,5-3,5 pm. Tillsatsen av element som bildar kubiska karbider skall vara sådan att Ti/(Ti+Ta+Nb)-förhållandet är 0,05- 0,3, företrädesvis 0,1-0,25. Djupet av zon Z bör vara 5-30 pm, fö- reträdesvis 5-25 pm. Sagda kubiska karbider får innehålla någon mängd av N och O och mängden av N skall vara 0,01-0,2 vikt%. Dessa mikrostrukturella beståndsdelar kan betecknas t ex karbonitrid el- ler oxykarbonitrid. Hárdmetallkroppen är huvudsakligen framställd genom blandning av pulver, malning, spruttorkning, någon press- ningsmetod följd av sintring enligt konventionella metoder och 10 15 20 25 30 35 40 (71 NJ “~J V9 CD ON 7 förbehandling sâsom eggradiebildning och rengöring före belägg- ning.

Kroppen beläggs sedan med - ett första (innersta) skikt(A) av TiCxNyOz med x+y+z§l, fö- reträdesvis y>x och z<0,2, helst y>0,8 och z=O, med likaxliga korn med storlek <0,5 pm och en total tjocklek 0,1 pm med användning av kända kemiska föràngningsmetoder, CVD. - ett skikt av TiCxNyOZ(B) med x+y+z§1, företrädesvis med z=O, x>0,3 och y>0,3 med en tjocklek av 0,4-4,9 pm, företrädesvis 1,5-4,0 pm med kolumnära korn, med användning av företrädesvis en CVD-teknik med måttlig temperatur, MTCVD, (med användning av acetonitril som kol- och kvävekälla för bildning av skiktet i temperaturintervallet 700-900 °C). De exakta betingelserna beror i viss utsträckning på utformningen av den utrustning som används. - ett skikt av TiCxNy0z(C) med x+y+z§1, företrädesvis y>x och z<0,2, helst y>0,8 och z=O, med likaxliga korn med storlek <0,5 pm och en total tjocklek 0,1 pm med användning av kända CVD-metoder. Detta skikt (C) är i ett andra utförande utelämnat.

- Den total tjockleken av skikten A+B+C är 0,7-5,5 pm, före- trädesvis 1,2-5,0 pm. Företrädesvis är skikten A och C vardera tunnare än skikt B. - ett multiskikt(D) bestående av en mängd alternerande Al2O3- och TiCxNyOz-skikt (x+y+z<1), företrädesvis k-Al2O3- och TiN- skikt, med användning av kända CVD-metoder. Det innersta och yttersta skiktet av multiskiktsekvensen är Al203-skikt. Det totala antalet skikt, omfattande både TiCxNyOz- och Al2O3-skikt, är mel- lan 5 och 31, företrädesvis 11 och 15 skikt. Al2O3-skikten har en individuell skikttjocklek av <0,6 pm, företrädesvis 0,2-0,5 pm.

TiCxNyOz-skikten har en individuell skikttjocklek av 0,01-0,2 pm, företrädesvis 0,02-0,15 pm. Den totala tjockleken av multiskiktet är 1,0-5,0 pm, företrädesvis 1,5-4,0 pm. Kornstorleken hos Al2O3- skiktet är lika med eller mindre än tjockleken av Al2O3-skiktet. - företrädesvis, ett yttersta skiktsystem (E) bestående av ett eller flera skikt i ordningsföljd av TiCxNy (x+y51), företrä- desvis tre till fem skikt i ordningsföljden TiN, TiC och TiN, med användning av kända CVD-metoder. Den totala tjockleken är <2,0 pm.

Den totala tjockleken av skikten A+B+C+D+E är 2,0-9,0 pm.

Beläggningen efterbehandlas mekaniskt för att exponera mul- tiskiktet längs egglinjen genom borstning, blästring, en slip- ningsoperation eller kombinationer därav så att kontaktytorna mot 10 20 25 30 35 (II P\> *~J \O CD Cïx spàna och arbetsstycke har behandlats på spân- respektive släpp- ningssidan.

I den föredragna metoden används tvâ nylonborstar innehål- lande SiC-korn med uppsättning och fixering av skäret på ett så- dant sätt att man med den ena huvudsakligen borstar dess spànsida och med den andra huvudsakligen dess släppningssida för att åstad- komma de önskade egenskaperna på skärets spàn- och släppningsyta.

Avlägsnandet av det yttersta skiktet (E) vid egglinjen kommer att exponera Al2O3-skiktet längs egglinjen. Egglinjen definieras som det eggbehandlade området av skäret. Den obehandlade egglinjen illustreras i Fig. 2.1 och efterbehandlad egglinje illustreras i Fig. 2.2 och 2.3. Det föredras att endast icke-oxidtoppskiktet och delar av multiskiktet avlägsnas. TiCxNyOz-skiktet (A+B+C) kan, emellertid, vara synligt pà mindre delar av egglinjen (Fig 2.3).

Exempel Följande skär och exempel är valda att exemplifiera förde- larna med uppfinningen.

De presenterade skären har provats under identiska betingel- ser i varje exempel.

Skär A. Hårdmetallsvarvskär enligt uppfinningen med 6,0 vikt% Co, 1,0 vikt% Ti, 0,4 vikt% Nb, 3,3 vikt% Ta (Ti/(Ti+Ta+Nb)=0,21), 0,05 vikt% N och rest WC och med en medelkornstorlek av 2,8 um och med en bindefasanrikad och pá kubisk karbid utarmad zon med ett djup av 15 pm belades med 0,5 pm TiN (innersta skikt), 2,2 um kolumnär Ti(C,N), och 0,5 pm likaxlig TiN, 2,2 pm (x-Al2O3+TiN)6k- Al2O3 multiskikt och ett yttre skikt av 0,5 um TiN+TiC+TiN.

Beläggningen efterbehandlades längs egglinjen med nylonbors- tar innehállande SiC-korn. Den yttersta beläggning avlägsnades a=0,l mm och b=0,05 mm in på spán- och släppningssida.

Skär B. Hárdmetallsvarvskär enligt uppfinningen med 6,0 vikt% Co, 1,0 vikt% Ti, 0,4 vikt% Nb, 3,3 vikt% Ta (Ti/(Ti+Ta+Nb)=0,2l), 0,05 vikt% N och rest WC med en medelkornstorlek av 2,3 pm samt med en bindefasanrikad och pá kubisk karbid utarmad zon från ytan ner till 15 um belades med 0,5 pm TiN (innersta skikt), 2,2 pm kolumnär Ti(C,N), och 0,5 um likaxlig TiN, 2,2 um (k-A12O3+TiN)6k- Al2O3 multiskikt och ett yttre skikt av 0,5 pm TiN+TiC+TiN. 10 Ü 20 25 30 35 40 (11 ht) *~1 \1> C3 (I\ 9 Beläggningen efterbehandlades längs egglinjen med nylonbors- tar innehållande SiC-korn. Den yttersta beläggning avlägsnades a=0,1 mm och b=0,05 mm in på spàn och släppningssida.

Skär C. Kommersiella hàrdmetallsvarvskär med en substratsam- mansättning av 6,2 vikt% Co, 2,3 vikt% Ti, 2,0 vikt% Nb, 0,1 vikt% Ta (Ti/(Ti+Ta+Nb)=0,52), 0,14 vikt% N och rest WC. Genomsnittlig WC kornstorlek är 2,7 pm och substratet har dessutom en bindefa- sanrikad och på 7-fas utarmad zon ner till ett djup av 26 pm från ytan. Beläggningen består av ett 0,1 pm TiN innersta skikt, 4,0 pm kolumnär Ti(C,N), 0,3 pm likaxlig TiN, 1,9 pm K-Al2O3 och ett yttre skikt av 0,3 pm TiN.

Skär D. Kommersiella hårdmetallsvarvskär med en substratsam- mansättning av 6,0 vikt% Co, 2,1 vikt% Ti, 0,4 vikt% Nb, 3,3 vikt% Ta (Ti/(Ti+Ta+Nb)=0,36), 0,09 vikt% N och rest WC. Genomsnittlig WC-kornstorlek är 2,4 pm och substratet har dessutom en binde- fasanrikad och y-fasutarmad zon ner till ett djup av 13 pm fràn ytan. Beläggningen består av ett 0,5 pm TiN innersta skikt, 3,0 pm kolumnär Ti(C,N), 0,3 pm likaxlig TiN, 1,7 pm K-Al2O3 och ett yt- tersta skikt av 0,3 pm TiN.

Skär E. Kommersiella hàrdmetallsvarvskär med 7,5 vikt% Co, 2,72 vikt% Ta, 0,44 vikt% Nb, 1,83 vikt% Ti (Ti/(Ti+Ta+Nb)=0,37), 0,09 vikt% N och rest WC med en medelkornstorlek av 2,0 pm samt med en bindefasanrikad och en på kubisk karbid utarmad 26 pm djup ytzon och belagda med 0,5 pm TiN (innersta skikt), 7,5 pm kolumnär Ti(C,N), 1,2 pm a+K-Al2O3 och ett yttersta skikt av 1,0 pm TiN.

Beläggningen var efterbehandlad längs egglinjen med nylon- borstar innehållande SiC-korn. Den yttersta beläggning var avlägs- nad b=0,l mm in på släppningssidan.

Skär F. Kommersiella hàrdmetallsvarvskär med 8,75 vikt% Co, 1,15 vikt% Ta, 0,27 vikt% Nb, (Ti/(Ti+Ta+Nb)=0), 0,09 vikt% N och rest WC med en medelkornstorlek av 2,0 pm belagda med 0,5 pm TiN (innersta skikt), 2,2 pm kolumnär Ti(C,N), och 0,5 pm likaxlig TiN, 2,2 pm (K-Al2O3+TiN)5K-Al2O3 multiskikt och ett yttersta skikt av 0,5 pm TiN+TiC+TiN.

Beläggningen var efterbehandlad längs egglinjen med nylon- borstar innehållande SiC-korn. Den yttersta beläggning var avlägs- nad a=0,l mm och b=0,05 mm in pà spàn- resp. släppningssidan.

Exempel 1 Skär från A och E provades i en svarvoperation. u-u m \:1 v: c: G\ Operation: Utvändig längssvarvning och planing av stäng Arbetsmaterial: Austenitiskt rostfritt stål, AISI304L Skärhastighet: 270 m/min Matning: 0,3 mm/Varv Skärdjup: 2 mm Skärtyp: CNMGl20408-MM Resultat: Livslängd Skär A: (uppfinning) 9 min Skär E: (tidigare känd) 5 min Kommentar: Livslängdskriterium var maximal fasförslitning 0,3 mm från egglinjen. Förslitningen utvecklas oregelbundet beroende pà lokal plastisk deformation. Detta exempel visar förbättring i plastiskt deformationsmotstånd för skäret enligt uppfinningen.

Exempel 2 Skär från B och E provades i en svarvningsoperation.

Operation: Längssvarvning och planing av stång Arbetsmaterial: Austenitiskt rostfritt stål, AISI304L Skärhastighet: 290 m/min Matning: 0,2 mm/varv Skärdjup: 2 mm Skärtyp: CNMG 120408-MM Resultat: Livslängd Skär B: (uppfinning) 17 min Skär E: (tidigare känd) 8 min Kommentar: Livslängdskriterium var maximal fasförslitning 0,3 mm från egglinjen i ingrepp. Förslitningen utvecklas oregel- bundet beroende pà lokal plastisk deformation. Detta exempel visar förbättringen i plastiskt deformationsmotstànd för skäret enligt uppfinningen.

Exempel 3 Skär från B, D och E provades i en svarvningsoperation. 10 20 25 30 35 40 UH NJ \J MD C) O\ ..- ...a Operation: Längssvarvning och planing mot skuldra Arbetsmaterial: Austenitiskt rostfritt stål, AISI304L Skärhastighet: Matning: Skärdjup: Skär stilar: Resultat: Skär B: (uppfinning) Skär D: (tidigare känd) Skär E: (tidigare känd) 270 m/min 0,3 mm/varv 2 mm CNMG 120408-MM Eggskada 0,2 mm/min 0,9 mm/min 0,2 mm/min Kommentar: Provet är inställt på att framkalla skada av eggen utanför den direkta kontaktytan mellan verktyg och arbetsstycke, normalt betecknat spànhamring och spànklämning. Motståndet mot sådana skador är direkt relaterat till eggsegheten.

Skäret enligt uppfinningen visar förbättringar i dessa avse- enden. Eggsegheten ökas (skär B och D) eller behålls (skär B och E) samditigt som det plastiska deformationsmotstándet ökas (exempel 2).

Exempel 4 Skär fràn A och C provades i en svarvningsoperation.

Operation: Planing till centrum Arbetsstyckematerial: Austenitiskt rostfritt stål, AISI304L Skärhastighet: Matning: Skärdjup: Skärtyp: Resultat: Skär A: Skär C: (uppfinning) (tidigare känd) 180 m/min 0,30 -> 0,15 mm/varv 1 mm CNMG 120408-MM Livslängd 5 min 3 min Kommentar: Detta är en operation som fordrar eggseghet och provet visar klar förbättring av skäret enligt uppfinningen jäm- fört med tidigare kända skär. Det är emellertid svårt i detta ex- empel att identifiera en enkel kritisk förslitning men det kan be- 10 H 20 25 30 35 40 LH NJ \J \ß CD ON U skrivas som en kombination av förslitning beroende på urflisning, flagning av beläggningen pà spànsidan och adhesiv förslitning.

Exempel 5 Skär från B och E provades i en svarvningsoperation.

Operation: Profilering av axel Arbetsmaterial: Austenitiskt rostfritt stål, AISI316L Skärhastighet: 200 m/min Matning: 0,25 mm/varv Skärdjup: 3 mm Skärtyp: TNMG 160408-MM Resultat: Livslängd Skär B: (uppfinning) 14 detaljer Skär E: (tidigare känd) 9 detaljer Kommentar: Detta prov visar förbättring av eggseghet för skä- ret enligt uppfinningen jämfört med tidigare kända skär. Egglin- jeurflisning och stràlförslitning uppkommer tidigare för det tidigare kända Skäret.

Exempel 6 Skär från A, E och F provades i en svarvningsoperation.

Operation: Planing av en axel Arbetsmaterial: Austenitiskt rostfritt stål, AISI304L Skärhastighet: 180 m/min Matning: 0,30 -> 15 mm/varv Skärdjup: 1 mm Skärtyp: - CNMG 120408~MM Resultat: Livslängd Skär A: (uppfinning) 6,5 min Skär E: (tidigare känd) 2,5 min Skär F: (tidigare känd) 5,5 min Kommentar: Detta exempel visar att skäret enligt uppfinningen har ökad eggseghet. Det är i detta exempel svårt att identifiera en enkel kritisk förslitning men det kan beskrivas som en kombina- Ch ND \J VD CD OK U tion av förslitning beroende pà urflisning, flagning av beläggning pà spànsidan och adhesiv Föralitning.

Exempel 7 Skär fràn B och E provades i en svarvningsoperation.

Operation: Kombinerad längssvarvning och planing av klen stång.

Arbetsmaterial: Austenitiskt rostfritt stål, AISI 304L Skärhastighet: 250 m/min Matning: 0,4 mm/varv Skärdjup: 2 mm Skärtyp: CNMG 120408-MM Resultat: Livslängd Skär B: (uppfinning) 8 min Skär E: (tidigare känd) 4 min Kommentar: Huvudförslitningsmekanismer är plastisk deforma- tion och adhesiv förslitning. Detta exempel visar förbättring i motstånd beträffande båda dessa mekanismer för skäret enligt upp- finning jämfört med tidigare kända skär.

Exemgel 8 Skär från B och E provades i en svarvningsoperation.

Operation: Kontinuerlig bearbetning av en smidd komponent Arbetsmaterialz Austenitiskt rostfritt stål, SS2343 Skärhastighet: 200 m/min Matning: 0,17-0,27 mm/varv Skärdjup: 0,1 -1,3 mm skartyp: cNMG1204o9-MM Resultat: Livslängd Skär B: (uppfinning) 1500 detaljer Skär E: (tidigare känd) 200 detaljer Kommentar: Kritiska förslitningskriterier är flagning, löseggsbildning och urflisning. Skäret enligt uppfinningen visar 10 (II Fx) *\l \1) CD G\ 14 förbättrat motstånd mot dessa forslitningstyper jämfört med tidigare kända skär.

Sammanfattningsvis kan det konstateras att av resultaten av exemplen ovan är det tydligt att genom att kombinera ett hàrdme- tallsubstrat med den givna sammansättningen, valet av multiskikt- beläggning med specifika tjocklekar och den speciella eggbehand- lingen har skapats ett skär med utomordentliga skärprestanda däri- genom att det kombinerar mycket av vad som var trott vara motsä- gande egenskaper som beskrivits i introduktionen.

Claims

10 20 25 30 35 40 U1 N) \J Q) CD CI\ Krav

1. Ett belagt hàrdmetallskär speciellt avsett för svarvning av rostfritt stål k ä n n e t e c k n a t av - ett substrat av hàrdmetall med en sammansättning omfattande 5,0-<8,0 vikt% Co, 3,0-8,0 vikt% kubiska karbider av metallerna Ti, Ta och Nb och eventuellt andra karbider av elementen från grupp IVb, Vb eller Vïb av det periodiska systemet, varvid Ti/(Ti+Ta+Nb)-förhållandet är 0,05-0,3, 0,01-0,2 vikt% N och resten wolframkarbid (WC) med en kornstorlek av 1,5-3,5 pm i sintrat tillstànd och med en på y-fas utarmad och bindefasanrikad ytzon som har ett djup av 5-30 pm, och en 2,0-9,0 pm, före- trädesvis 4,0-8,0 pm tjock beläggning bestående av ett första, innersta skiktsystem bestående av - ett första skikt TiCxNy0z med x+y+zíl, företrädesvis Y>X och z<0,2, helst y>0,8 och z=0, med likaxliga korn med storlek 0,l pm, företrädesvis 0,1-0,6 pm - ett andra skikt av TiCxNyOZ med x+y+zí1, företrädesvis med z=O, x>0,3 och y>O,3, helst x>0,5, med en tjocklek av 0,4-4,9 pm, företrädesvis 1,5-4,0 pm med kolumnära korn - ett tredje skikt av TiCxNyOz med x+y+z§l, företrädesvis y>x och z<0,2, helst y>0,8 och z=0, med likaxliga korn med storlek 0,l pm, företrädesvis 0,2-0,8 pm varvid den totala tjockleken av det innersta skiktsystemet är 0,7-5,5 pm, företrädesvis 1,2-5,0 pm - ett andra multiskiktsystem omfattande från 5 till 31 alternerande skikt av K-Al2O3 och TiCxNyOz (x+y+z§l) varvid det innersta och det yttersta skiktet i multiskiktsekvensen är K- Al2O3-skikt, K-Al2O3-skikten med en individuell skikttjocklek av <0,6 pm och TiCxNyOz~skikten fràn omkring 0,01 till omkring 0,2 pm med en total tjocklek av multiskiktet från omkring 1,0 till omkring 5,0 pm, och vari multiskiktet är genom mekanisk efterbehandling exponerat längs egglinjen och in på spån- och släppningssidan, sådan att exponeringen på spånsidan (a) är större än omkring 0,03 och mindre än omkring 0,9 mm, exponeringen pà släppningssidan (b) är större än omkring 0,02 och mindre än om- kring 0,2 mm och a>b.

2. Skär enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t av att sagda substrat av hàrdmetall med en sammansättning omfattande 5,0-<7,0 vikt% Co, 4,0-7,0 vikt% kubiska karbider av metallerna Ti, Ta och W 01 N) \J Q) CD C\ Nb och eventuellt andra - eller VIb av det periodiska systemet, tillsats av element bildande kubisk karbid så att Ti/(Ti+Ta+Nb)-förhållandet är 0,1-0,25, 0,01- 0,2 vikt% N och rest wolframkarbid (WC) med en kornstorlek av 2,0- 3,0 pm i sintrat tillstànd och med en Y-fas utarmad och bindefas- anrikad ytzon som har ett djup av 5-25 pm.

3. Skär enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t av att sagda andra multiskiktsystem omfattar fràn omkring 11 till omkring 15 omväxlande skikt av K-Al2O3 och TiN, K-Al2O3-skikten med en indivi- duell skikttjocklek av från omkring 0,2 till omkring 0,5 pm och TiN-skikt från omkring 0,02 till omkring 0,15 pm med en total tjocklek av multiskiktet från omkring 1,5 till 4,0 pm.

4. Skär enligt något av kraven 1-3 k ä n n e t e c k n a t av ett yttersta skiktsystem ovanpå multiskiktet av ett eller flera skikt av TiCxNy (x+y§1), företrädesvis tre till fem skikt i ordningsföljd av TiN, TiC och TiN.

5. Skär enligt något av kraven 1-4 k ä n n e t e c k n a t av att multiskiktet och delvis det innersta TiCxNyOz skiktsystemet är exponerat längs egglinjen.