SE515213C2

SE515213C2 - Belagd titanbaserad karbonitrid

Info

Publication number: SE515213C2
Application number: SE9500472A
Authority: SE
Inventors: Gerold Weinl
Original assignee: Sandvik Ab
Priority date: 1995-02-08
Filing date: 1995-02-08
Publication date: 2001-07-02
Also published as: JPH08290308A; IL117001A0; EP0726331B1; ATE205553T1; SE9500472D0; IL117001A; US5682590A; DE69615068D1; EP0726331A2; DE69615068T2; EP0726331A3; SE9500472L

Description

20 25 30 35 515 213 :lå ac för fräsning och borrning och sagda legering karakteriseras av formeln: (Tia,Tab,NbC,Vd)X(Moe,Wf)y(Cg,Nh)Z representerande sammansättningen hos hårdämnesfasen där indices a-f är det molära indexet för varje element av de som bildar karbiden, karbonitriden eller nitriden, och indices g-h är det molära indexet för kol resp. kväve. Följande samband gäller: a + b + c + d = l e + f = l g + h = l x + y = l och z < 1 Samma legering efter sintring kännetecknas av följande sam- band: .88 < a < 0.96, företrädesvis 0.90 < a < 0.94 .04 < b < 0.08, företrädesvis 0.05 < b < 0.07 S c < 0.04, företrädesvis 0 S c < 0.03 S d < 0.04, företrädesvis 0 S d < 0.03 _60 < f < 0.73, företrädesvis 0.66 < f < 0.72 .80 < x < 0.90, företrädesvis 0.82 < x < 0.88 _32 < h < 0.40, företrädesvis 0.34 < h < 0.38 Syre är närvarande som förorening.

@©©©©®© Den totala mängden bindefas, som är Co+Ni, är 12-17%, före- trädesvis 14-17 vikt-% med 0.6 < Co/(CO+Ni) < 0.7, företrädes- vis Co/(CO+Ni)=2/3.

Helt överraskande har det nu visat sig att det är möjligt att erhålla en utomordentlig svarvsort för fin- och halvfinbe- arbetningsoperationer ur legeringen enligt det ovan nämnda US 5,314,657 genom att optimera dess kolhalt och förse den med ett tunt skikt företrädesvis belagt med PVD-teknik.

Fig.l visar mikrostrukturen i 6000x förstoring av ett be- lagt skär enligt föreliggande uppfinning.

En titanbaserad karbonitridlegering enligt uppfinningen har en sammansättning i enlighet med sagda US-patent men med kol- halten i den ursprungliga pulverblandningen sådan att kolhalten iíden slutliga strukturen ligger på gränsen för uppkomst av n- fas, (M6C eller M12C, t.ex. W3Co3C eller någon annan understö- 10 15 20 25 30 35 4 :a o av . en o I: I ::|s L :alu t *ss- :;:! to» ﬁl ka! i- a! I - II I I I .- 3 kiometrisk fas). Företrädesvis skall strukturen vara fri från n-fas. Emellertid kan små mängder, <0.02 vol-%, jämnt fördelad, finkornig n-fas accepteras.

Skär för skärande bearbetning enligt uppfinningen tillver- kas av sagda legering och beläggs med PVD-metoder, företrädes- vis jonplätering, med ett 2-8 um skikt omfattande åtminstone ett PVD-skikt av karbid, nitrid eller karbonitrid av Ti. Syn- nerligen goda resultat har erhållits med ett första (inre) TiCN-skikt med en tjocklek av 5i3 um och ett andra <1 um TiN- skikt. Beroende på den valda metoden varierar skikttjockleken ofta mellan de olika ytorna på skäret. Andra skikttekniker kan också användas förutsatt att den negativa inverkan av Ni i bin- defasen minimeras eller elimineras.

Titanbaserade karbonitridskär enligt uppfinningen tillver- kas med pulvermetallurgiska metoder. Pulver bildande bindefas och pulver bildande hårdämnet blandas till en blandning med av- sedd sammansättning. Av blandningen pressas skär och sintras i vakuum vid ett tryck av till rumstemperatur sker i vakuum eller i inert gas. Efter yt- behandling beläggs skären enligt ovan.

Kolhalten i sagda pulverblandning måste väljas med avseende på dess syreinnehåll, maltid och sintringsförhållanden så att den totala kolhalten i den sintrade legeringen är så nära som möjligt den punkt där n-fas eller andra understökiometriska fa-' ser bildas. Företrädesvis skall sagda kolhalt vara 0.25-0.35, allra helst omkring 0.3, vikt-% över den teoretiska stökiomet- riska sammansättningen. Denna kolhaltsnivå ger normalt upphov till en struktur på gränsen till n-fasbildning. När denna kol- halt en gång har hittats för en viss sammansättning och till- verkningsförhàllanden är den lätt att kontrollera och mäta ge- nom t.ex. den magnetiska kobolthalten för den sintrade lege- ringen. Den kan även uppnås genom t.ex. en lätt avkolningsbe- handling varvid n-fas lätt bildas.

I ett lämpligt utförande används ett titaninnehållande pul- ver i vilket kornen är rundade, icke spetsiga med en logarit- misk normalfördelning med en standardavvikelse av ritmisk pm företrädesvis direkttillverkat genom karburering el- ler karbonitrering av metalloxiderna eller metallerna själva. 10 15 20 25 30 35 51,5 gjs w Skär enligt uppfinningen har visat synnerligen goda resul- tat i halvfinbearbetningsoperationer i olegerat kolstål, làgle- gerade stål och finbearbetningsoperationer i rostfria stål och nodulärt gjutjärn. De kan även användas i lätt intermittenta bearbetningsoperationer.

Exempel 1 Svarvskär TNMGl60408-MF tillverkades enligt uppfinningen genom att, uttryckt i vikt-%, blanda 26.4 (Ti,Ta)(C,N), 11.6 (Ti,Ta)C, 20 Ti(C,N), 1.4 TiN, 1.8 NbC, 17.7 WC, 4.6 Mo2C, 11 Co, 5.5 Ni och 0.3 sot, pressa och vakuumsintra vid 1430°C. De Ti-innehållande pulvren som användes hade korn som var rundade, icke spetsiga med en logaritmisk normalfördelning med en standardavvikelse av Sammansättningen för hårdämnet i de sintrade skären var en- ligt formeln (Tia,Tab,Nbc,Vd)X(Moe,Wf)y(Cg,Nh)Z i vilken a = 0.906, b = 0.056, c 0.038, d = 0.0, e = 0.333, f = 0.667, g = 0.616, h = 0.384, x = 0.862 och y = 0.318. Strukturen var fri från n-fas. Den magnetiska kobolthalten hos de sintrade skären visade dock ett värde av 4.3% vilket indikerar att lege- ringen var nära bildning av n-fas.

Exempel 2 Skär typ TNMG160408-MF av legeringen från exempel l belades med ett cirka 4 pm tjockt TiCN + <1 pm TiN-skikt med hjälp av jonpläteringsteknik, variant C. Samtidigt belades skär av en kommersiellt tillgänglig cermetsort enligt US 5,314,657, vari- ant B. Skären B och C provades tillsammans med skär av sagda kommersiellt tillgängliga, obelagda sort enligt känd teknik, A, och skär av bästa konkurrentsort med belagd karbonitridlege- ring, D, i ett slitstyrkeprov baserat på längssvarvning och med följande skärdata: 10 15 20 25 30 35 515 215 5 Arbetsmaterial: Ovako 825B Hastighet: 250 m/min Matning: 0.2 mm/varv Skärdjup: 1.0 mm Skärvätska: ja Livslängdskriterium: eggbrott eller dålig yta pà arbetsmaterialet Tre eggar av varje legering provades. Resultatet uttryckt i form av relativa tal, A=l, återges i tabellen nedan: Legering Belagd Motstånd mot Gropslit- Relativ fasförslitning styrka livslängd A Ü nej 1.0 i 0.1 1.0 i 0.1 B 6) ja i 0.1 i 1.6 i 0.2 C Û ja i 0.05 i 2.3 i 0.02 D Q? ja i 0.1 i 1.5 i 0.2 ® enligt känd teknik Ü enligt uppfinningen

Claims

W Ü 20 25 30 35 40 Krav

1. 515 213 R? Belagt skär till skärverktyg för svarvningstillämpningar omfattande hårdämnen i en bindefas baserad på kobolt och nickel där sammansättningen för hàrdämnesfasen representeras av formeln: (Tia,Tab,NbC,Vd)X(MOe,Wf)y(Cg,Nh)Z där O. .O 0 0 0 0 O 0 8 < S .6 .8 .3 med en bindefashalt av 12-17 vikt-% med 0.6 < Co/(Co+Ni) < 0.7 8 < a < 0.96, 4 < b < 0.08, c < 0.04, d < 0.04, 0 < f < 0.72, O < x < 0.90, 1 < h < 0.40, samt k ä n n e t e c k n a t av att sagda skär har en total kolhalt på gränsen till n-fasbildning och ett 2-8 pm skikt omfattande åtminstone ett PVD-skikt av kar- bid, nitrid eller karbonitrid av Ti.

2. Belagt skär enligt något av tidigare krav k ä n n e t e c k n a t av att O 0 0 0 O. 0 O 3 .9 .O S S 6 .8 .3 94 07 O < a < O. 5 < b < 0. c < 0.03 d < 0.03

3. < f < 0.70 2 < x < 0.88 samt 4 < h < 0.38. Belagt skär enligt något av tidigare krav k ä n n e t e c k n a t av att sagda skikt omfattar ett första (inre) TiCN-skikt och ett yttre <1 pm TiN-skikt.

4. Metod att tillverka en titanbaserad karbonitridlegering omfattande hàrdämnen i en bindefas baserad på kobolt och nickel där sammansättningen för hàrdämnesfasen representeras av formeln: (Tia,Tab,NbC,Vd)X(Moe,Wf)y(Cg,Nh)Z med pulvermetallurgiska metoder, dvs. malning av en blandning av pulver bildande bindefasen och pulver bildande hàrdämnena, pressning och sintring av sagda blandning vari: 0. .O 0 0 0 8 < S 8 < a < 0.96, 4 < b < 0.08, c < 0.04, d < 0.04, N Ü 20 25 30 515 213 T 0.60 < f < 0.72, 0.80 < x < 0.90, 0.31 < h < 0.40, samt med en bindefashalt av 12-17 vikt-% med 0.6 < Co/(Co+Ni) < 0.7 k ä n n e t e c k n a d av att man justerar kolhalten i sagda pulverblandning, med hän- syn tagen till dess syrehalt, före sintring så att den totala kolhalten i den sintrade legeringen är så nära som möjligt den punkt där n-fas eller andra understökiometriska faser bildas, företrädesvis att sagda kolhalt är 0.25 - 0.35, allra helst omkring 0.3, vikt-% över den teoretiska stökiometriska sammansättningen och att man belägger med ett 2-8 pm skikt omfattande åtminstone ett PVD-skikt av karbid,

5. Metod enligt krav 4 nitrid eller karbonitrid av Ti. k ä n n e t e c k n a d av att 0.90 < a < 0.94 0.05 < b < 0.07 0 5 c < 0.03 O S d < 0.03 0.63 < f < 0.70 0.82 < x < 0.88 samt 0.34 < h < 0.38.

6. Metod enligt något av kraven 4 eller 5 k ä n n e t e c k n a d av att man belägger med ett skikt om- fattande ett första (inre) TiCN-skikt och ett yttre <1 um TiN- skikt.

7. Metod enligt nàgot av kraven 4-6 k ä n n e t e c k n a d av att man anvander åtminstone ett Ti-innehållande pulver vars korn är rundade, icke spetsiga med en logaritmisk normalfördelning med en standardavvikelse av <0.23 logaritmisk um, företrädesvis tillverkad direkt genom karburering eller karbonitrering av metallernas oxider eller av metallerna själva.