DE60214922T2

DE60214922T2 - Beschichtetes Schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE60214922T2
Application number: DE60214922T
Authority: DE
Inventors: Mitsubishi Materials Corp. Takatoshi Naka-cho Naka-gun Oshika; Mitsubishi Materials Corp. Toshiaki Naka-cho Naka-gun Ueda
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2022-03-23
Also published as: EP1245698A2; US6805944B2; US20030070305A1; ATE340879T1; CN1293972C; CN1396029A; EP1245698B1; EP1245698A3; DE60214922D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein beschichtetes Sinterhartmetall-Schneidwerkzeugteil (im Folgenden als Sinterhartmetall-Werkzeugteil bezeichnet), das eine überlegende Fähigkeit zur Vermeidung von Bruch und Absplittern um die Schneidkante herum aufweist, sogar wenn es bei extrem harten Schneidoperationen für metallische Werkstücke, wie solche aus Stahl und Gusseisen, im Hochgeschwindigkeitsschneidverfahren mit hoher Schneidtiefe, Hochgeschwindigkeitsschneidverfahren mit hoher Zufuhrgeschwindigkeit, unterbrochenen Schneidverfahren mit hoher Geschwindigkeit usw. angewendet wird, wobei alle diese Verfahren schwere mechanische und thermische Belastungen an der Schneidkante verursachen.
Beschreibung des Stands der Technik
Es ist gut bekannt, dass beschichtete Sinterhartmetall-Teile bevorzugt aus einem Sinterhartmetall-Substrat auf Wolframcarbid-Basis und einer harten Beschichtungsschicht aufgebaut sind, welche eine innere Schicht mit einer mittleren Dicke von 0,5 bis 20 μm aufweist und bevorzugt aus einer Titanverbindungsschicht, einschließlich mindestens einer Schicht aus Titancarbid (im Folgenden als „TiC" bezeichnet), Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN), Titancarboxid (TiCO) und Titancarbonitroxid (TiCNO) aufgebaut ist, und eine äußere Schicht mit einer mittleren Dicke von 0,3 bis 15 μm, welche aus einer Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Schicht aufgebaut ist, welche mehrere Kristallpolymorphe aufweist, wie α, κ und γ umfasst. Diese harte Beschichtungsschicht könnte bevorzugt mit Hilfe der chemischen Dampfabscheidung und/oder physikalischen Dampfabscheidung gebildet werden. Das beschichtete Sinterhartmetall-Teil wird verbreitet in verschiedenen Anwendungsgebieten der Schneidverfahren eingesetzt, beispielsweise kontinuierliche und unterbrochene Schneidverfahren bei metallischen Werkstücken, wie solchen aus Stahl und Gusseisen.
Es ist auch gut bekannt, dass eine Titanverbindungsschicht eine körnige Kristallmorphologie aufweist und für zahlreiche Anwendungen eingesetzt wird, Von diesen wurden TiC-, TiCN- und TiN-Schichten verbreitet als hoch abrasionsbeständige Materialien in vielen Anwendungen eingesetzt, insbesondere in abnutzungsbeständigen Schichten von Schneidwerkzeugen. Darüber hinaus wurden TiN-Schichten verbreitet als dekorative Oberflächenbeschichtungen verwendet, da sie ein schönes äußeres Aussehen aufweisen, das dem von Gold gleicht. Für viele beschichtete Carbidwerkzeuge werden die äußersten Schichten aus TiN hergestellt, und dies erleichtert für die Maschinenarbeiter die Unterscheidung von neuen Schneidkanten und bereits abgenutzten Schneidkanten, sogar in dämmriger Umgebung.
Eine TiCN-Schicht, die eine longitudinale Kristallmorphologie aufweist, und die hergestellt wird durch chemische Dampfabscheidung in einem moderaten Temperaturbereich, wie 700 bis 950°C unter Verwendung einer Reaktionsgasmischung, welche organische Zyanidverbindungen, wie Acetonitril (CH₃CN) einschließt, ist gut bekannt als hochharte und abnutzungsbeständige Beschichtungsschicht, und wurde in den japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen Nr. 6-8010 und Nr. 7-328808 offenbart.
Es ist gut bekannt, dass ein typisches Verfahren der Beschichtung der Substratoberfläche mit einer Al₂O₃-Schicht ein chemisches Dampfabscheidungs(CVD)-Verfahren unter Verwendung einer Gasmischung aus AlCl₃, CO₂ und H₂O bei ungefähr 1000°C ist, und dass die typischen Bedingungen, die in CVD-Al₂O₃-Verfahren verwendet würden, hauptsächlich drei verschiedene Al₂O₃-Polymorphe produzieren konnten, nämlich das thermodynamisch stabilste α-Al₂O₃, metastabiles κ-Al₂O₃ und γ-Al₂O₃. Es ist auch gut bekannt, dass das spezifische Polymorph der hergestellten Al₂O₃-Schicht durch mehrere Verfahrensfaktoren kontrolliert wird, wie die Oberflächenzusammensetzung der darunter liegenden Schicht, die Abscheidungsbedingungen von Al₂O₃, den Keimbildungsstatus und die Temperatur des Al₂O₃-Wachstumsstatus.
In den vergangenen Jahren bestand ein steigender Bedarf an Arbeitsersparnis und weniger zeitaufwendigen Schneidverfahren. Dementsprechend haben die Bedingungen dieser Schneidverfahren schwierige Bereiche erreicht, wie Hochgeschwindigkeits-Schneidverfahren mit großer Schneidtiefe, Hochgeschwindigkeits-Schneidverfahren mit hoher Zufuhrrate und unterbrochene Schneidverfahren bei hoher Geschwindigkeit. Für beschichtete Carbidteile bestehen einige Probleme, wenn sie unter üblichen Schneidbedingungen in kontinuierlichen oder unterbrochenen Schneidverfahren bei Stahl oder Gusseisen angewendet werden.
Falls ein übliches beschichtetes Sinterhartmetall-Schneidwerkzeug unter Hochgeschwindigkeits-Schneidbedingungen verwendet wird, tritt aufgrund der während des Schneidens erzeugten Wärme eine thermische Plastizität an der Schneidkante aufgrund eines Mangels an Wärmebeständigkeit der äußeren Schicht auf, die die harte Beschichtungsschicht bildet. Insbesondere weisen die äußere Schicht, welche die harte Beschichtungsschicht umfasst, und die innere Schicht, beide eine relativ gute thermische Leitfähigkeit auf, und zusätzlich ist die thermische Leitfähigkeit des die äußere Schicht bildende Al₂O₃ 6 W/mk, und die thermische Leitfähigkeit von TiN ist 14 W/mk; daher beeinflusst die große Wärme, die zwischen dem Werkstück und der harten Beschichtungsschicht erzeugt wird, die Carbidbasis, und die Transformation aufgrund thermischer Plastizität tritt in unvermeidbarer Weise an der Schneidkante auf. Daher tritt teilweise Abrieb aufgrund der thermischen Plastizität auf; daher wird der Abrieb der Schneidkante deutlich, und die Lebensdauer des Schneidwerkzeuges ist relativ kurz.
Obwohl die Al₂O₃-Schicht als äußere Schicht, die die harte Beschichtungsschicht bildet, eine überlegende Wärmebeständigkeit aufweist, ist die Werkzeuglebensdauer eines solchen Schneidwerkzeuges kurz und Absplitterungen treten leicht an der Schneidkante auf aufgrund der unterlegenden Härte des üblichen Sinterhartmetall-Schneidwerkzeuges, falls ein übliches beschichtetes Sinterhartmetall-Schneidwerkzeug unter den Bedingungen des unterbrochenen Hochgeschwindigkeitsschneidens mit großen metallischen und thermischen Belastungen verwendet wird, da das Al₂O₃ als äußere Schicht, die die harte Beschichtungsschicht bildet, während des Schneidbetriebs mehr Kontakt mit dem Werkstück hat, als die chemischen Ti-Verbindungen als innere Schicht; daher ist die Werkzeuglebensdauer eines solchen Schneidwerkzeugs kurz.
Daher bestehen ernsthafte Probleme des Versagens in relativ kurzen Zeiten, wenn in bei stark beanspruchenden Schneidverfahren diese Materialien verwendet werden, und dies wird begleitet von starker thermischer und mechanischer Belastung, da die Al₂O₃-Schicht, deren mechanische Härte trotz ihrer überlegenden Eigenschaften bei der thermischen Stabilität und des thermischen Barriereeffekts nicht ausreicht, der schädlichen thermischen und mechanischen Belastung aufgrund ihres bevorzugten Kontakts als äußere Schicht mit dem Werkmaterial ausgesetzt ist, und dieses Phänomen induziert Brechen oder Absplittern um die Schneidkante herum.
Beschichtete Sinterhartmetall-Werkzeugteile, umfassend ein hartes gesintertes Substrat und eine harte Beschichtungsschicht, die auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden ist, wobei die harte Beschichtungsschicht eine alternierende Multischicht-Struktur mit einer Gesamtdicke zwischen 0,5 und 20 μm aufweist, und eine erste dünne Schicht aus Titanverbindungen und eine zweite dünne Schicht aus harten Oxidmaterialien umfasst, deren einzelne Dicke zwischen 0,01 bis 0,3 μm liegt, sind in den Dokumenten WO-A-99-29920 und CH-A-609 380 beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend ist die Aufgabe der Erfindung die Bereitstellung eines beschichteten Sinterhartmetall-Geräts, das während einer langen Zeit um die Schneidkante herum weder bricht noch absplittert, sogar wenn es unter extrem harten Schneidbedingungen für Metallwerkstücke, wie solche aus Stahl oder Gusseisen, verwendet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wurde gelöst durch die Entdeckung eines bestimmten Sinterhartmetall-Teils, dessen Sinterhartmetall-Substrat mit einer harten Beschichtungsschicht mit einer Gesamtdicke zwischen 0,5 und 20 μm beschichtet ist, welche bevorzugt eine alternierende Mehrschichtstruktur aus der ersten dünnen Schicht und der zweiten dünnen Schicht umfasst, deren Einzeldicke zwischen 0,01 bis 0,3 μm liegt, wobei die erste dünne Schicht aus Titanverbindungen wie TiC, TiCN und TiN besteht, und die zweite dünne Schicht aus harten Oxidmaterialien wie Al₂O₃ und Hafniumoxid (HfO₂) besteht.
Dieses beschichtete Sinterhartmetall-Teil ergibt eine gute Abnutzungsbeständigkeit und eine lange Werkzeuglebensdauer, sogar wenn es in extrem beanspruchenden Schneidverfahren für metallische Werkstücke, wie solche aus Stahl und Gusseisen, verwendet wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein beschichtetes Sinterhartmetall-Teil bereit, welches mit einer harten Beschichtungsschicht beschichtet ist. Ein „beschichtetes Sinterhartmetall-Teil" betrifft den Teil des Schneidwerkzeuges, welcher tatsächlich Werkstückmaterialien schneidet. Das beschichtete Sinterhartmetall-Teil schließt austauschbare Schneideinsätze ein, die auf Stückhaltern von Dreh-Bohrmeißeln, Planfräsern und Schaftfräsern montiert werden. Es schließt auch Schneidblätter von Bohrern und Schaftfräsern ein. Das beschichtete Sinterhartmetall-Teil wird bevorzugt aus einem Sinterhartmetall-Substrat auf Wolframcarbid-Basis und einer harten Beschichtungsschicht hergestellt.
Eine harte Beschichtungsschicht bedeckt bevorzugt einen Teil der Oberfläche, bevorzugter die gesamte Oberfläche des Substratwerkzeuges. Die harte Beschichtungsschicht gemäß dieser Erfindung hat eine Gesamtdicke von 0,5 bis 20 μm und wird bevorzugt aus alternierenden Mehrschichtstrukturen aus einer ersten dünnen Schicht und einer zweiten dünnen Schicht hergestellt, deren einzelne Dicke von 0,01 bis 0,3 μm beträgt, und die erste dünne Schicht ist aus Titanverbindungen hergestellt und die zweite dünne Schicht aus harten Oxidmaterialien, wobei die erste dünne Schicht bevorzugt ausgewählt wird aus der aus TiC, TiCN und TiN bestehenden Gruppe, und die zweite dünne Schicht bevorzugt aus Al₂O₃ und HfO₂ ausgewählt wird.
Durch Einstellen des Dickeverhältnisses der zweiten dünnen Schicht zur ersten dünnen Schicht auf zwischen 2 und 4 wird die Schneidleistung des beschichteten Sinterhartmetall-Teils in überraschender Weise überlegen, sogar wenn es für extrem beanspruchende Schneidverfahren, wie Hochgeschwindigkeitsschneidverfahren mit tiefer Schneidtiefe. Hochgeschwindigkeitsschneidverfahren mit hoher Zufuhrrate und unterbrochenen Schneidverfahren bei hoher Geschwindigkeit bei Stahl und Gusseisen verwendet werden.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden nach Testen zahlreicher Arten von harten Beschichtungsschichten auf Sinterhartmetall-Schneidwerkzeug-Substraten im Hinblick auf die Entwicklung von Sinterhartmetall-Teilen mit langer Werkzeuglebensdauer bestimmt, sogar wenn sie bei extrem beanspruchenden Schneidverfahren, wie Hochgeschwindigkeitsschneidverfahren mit tiefer Schneidtiefe. Hochgeschwindigkeitsschneidverfahren mit hoher Zufuhrrate, unterbrochenen Schneidverfahren mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden, die starke mechanische und thermische Belastungen an der Schneidkante hervorrufen. Aus diesen Tests wurden die folgenden Ergebnisse (A) bis (I) gefunden.
(A) Als erstes wurde bestimmt, eine Ti-Verbindungsschicht und eine harte Oxidmaterialschicht als Bestandteile einer harten Beschichtungsschicht des beschichteten Ziel-Sinterhartmetall-Teils zu verwenden, da sie aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie extrem hohe Härte und extrem hervorstechende thermische Eigenschaften unentbehrlich sind. Die Kandidaten für die Ti-Verbindungsschicht und die Hartoxidmaterialschicht waren jeweils TiC, TiN, TiCO, TiCNO bzw. Al₂O₃, ZrO₂, HfO₂.
Harte Beschichtungsschichten mit einer alternierenden Mehrschichtstruktur haben den Vorteil, dass jede der einzelnen dünnen Schichten stets gleichzeitig und in gleichem Ausmaß gegen die Arbeitsmaterialien arbeitet, da jede Bestandteilsschicht gleichzeitig am Kontaktpunkt mit den Arbeitsmaterialien teilhat.
Wenn eine alternierende Mehrschichtstruktur, umfassend eine erste dünne Schicht aus einer Ti-Verbindung und eine zweite dünne Schicht aus einem harten Oxidmaterial, als harte Beschichtungsschicht aufgetragen wird, zeigt das beschichtete Sinterhartmetall-Teil eine verbesserte Schneidleistung, wobei das Auftreten von Brüchen oder Absplitterungen an der Schneidkante beträchtlich vermindert wurde, sogar bei Verwendung in extrem beanspruchenden Schneidverfahren für Werkmaterialien wie solche aus Stahl und Gusseisen. Es wurde angenommen, dass diese Ergebnisse auftraten, da die Leistungen der ersten dünnen Schicht mit überlegener Abnutzungsbeständigkeit und Härte und der zweiten dünnen Schicht mit überlegenen Hochtemperatureigenschaften stets gleichzeitig und in gleichem Ausmaß bei den Arbeitsmaterialien eingesetzt wurden. Günstige Materialien für die erste dünne Schicht sind TiC, TiCN und TiN. Günstige Materialien für die zweite dünne Schicht sind Al₂O₃ und HfO₂.
(B) Wenn die Dicke der einzelnen Bestandteilsschichten auf 0,01 bis 0,3 μm eingestellt wird, wird die Wirkung der alternierenden Mehrschichtstruktur weiter verbessert, und dann wird die Schneidleistung des resultierenden beschichteten Sinterhartmetall-Teils ebenfalls weiter verbessert.
(C) Unter Bedingungen, bei denen die die harte Beschichtungsschicht des beschichteten Sinterhartmetall-Schneidwerkzeugs bildenden Schichten als eine TiN-Schicht und eine κ-Typ-Al₂O₃-Schicht spezifiziert sind, werden diese Schichten als zwei abwechselnde Mehrschichten aufgeschichtet, wobei die mittlere Dicke der TiN-Schicht in diesen Schichten so dünn ist wie 0,01 bis 0,1 μm, das Verhältnis der oben genannten TiN-Schicht in der harten Beschichtungsschicht wird auf 70 bis 95 Gew.-% eingestellt, wenn harte Beschichtungsschichten geformt werden, deren Gesamtdicke 0,8 bis 10 μm beträgt, und eine solche harte Beschichtungsschicht hat überlegende Absplitterungsbeständigkeit aufgrund der TiN-Schicht, die Eigenschaften aufweist wie hohe Härte der jeweiligen dünnen Schichten aufgrund der dünnschichtigen alternierenden Mehrschichtstrukturen aus den oben genannten beiden dünnen Schichten, und überlegende Abriebbeständigkeit aufgrund der κ-Typ-Al₂O₃-Schicht, welche Wärmebeständigkeit aufweist, und als Ergebnis zeigt das beschichtete Sinterhartmetall-Schneidwerkzeug überlegene Abriebbeständigkeiten während einer langen Zeit ohne Verursachen von Absplitterungen an der Schneidkante, sogar wenn belastende Schneidverfahren insbesondere mit Stahl und Gusseisen durchgeführt werden.
(D) Unter Bedingungen, bei denen die die harte Beschichtungsschicht des beschichteten Sinterhartmetall-Schneidwerkzeugs bildenden Schichten als κ-Typ-Al₂O₃-Schicht und TiN-Schicht spezifiziert werden, werden diese Schichten als zwei alternierende Mehrschichten aufgeschichtet, wobei die mittlere Dicke der κ-Typ-Al₂O₃-Schicht in diesen Schichten so dünn ist wie 0,01 bis 0,1 μm, der Anteil des oben genannten κ-Typ-Al₂O₃-Schicht in der harten Beschichtungsschicht wird auf 60 bis 95 Gew.-% eingestellt, und wenn eine harte Beschichtungsschicht, deren Gesamtdicke 0,8 bis 10 μm beträgt, geformt wird, hat eine solche harte Beschichtungsschicht überlegene thermische Plastizitätstransformationsbeständigkeit als Ergebnis der κ-Typ-Al₂O₃-Schicht mit überlegener Wärmebeständigkeit und der TiN-Schicht mit überlegener Härte, und als Ergebnis gibt es im beschichteten Sinterhartmetall-Werkzeug kein Auftreten von Absplitterungen an der Schneidkante, und auch das Auftreten von thermischer Plastizitätstransformation ist beschränkt; daher zeigt das Werkzeug überlegene Abriebbeständigkeit während einer langen Zeit, sogar wenn Hochgeschwindigkeitsschneidverfahren bei Stahl und Gusseisen durchgeführt werden, welche die Erzeugung von viel Wärme bewirken.
(E) Unter Bedingungen, bei denen die die harte Beschichtungsschicht des beschichteten Sinterhartmetall-Schneidwerkzeugs bildenden Schichten als TiN-Schicht und κ-Typ-Al₂O₃-Schicht spezifiziert werden, werden diese Schichten als zwei alternierende Mehrschichten aufgeschichtet, wobei die mittlere Dicke der TiN-Schicht in diesen Schichten so dünn ist wie 0,01 bis 0,1 μm, der Anteil der oben genannten TiN-Schicht in der harten Beschichtungsschicht auf 41 bis 69 Gew.-% eingestellt wird, und wenn harte Beschichtungsschichten, deren Gesamtdicke 0,8 bis 10 μm beträgt, gebildet werden, hat eine solche Beschichtungsschicht überlegene Absplitterungsbeständigkeit aufgrund der TiN-Schicht, welche Eigenschaften wie große Härte der jeweiligen dünnen Schicht aufweist aufgrund der dünnschichtigen alternierenden Mehrschichtstruktur der oben genannten beiden dünnen Schichten, und überlegene Abriebbeständigkeit aufgrund der κ-Typ-Al₂O₃-Schicht, welche Wärmebeständigkeit aufweist, und als Ergebnis zeigt das beschichtete Sinterhartmetall-Schneidwerkzeug überlegene Abriebbeständigkeit während einer langen Zeit, ohne dass Absplitterungen der Schneidkante verursacht werden, sogar wenn unterbrochene Hochgeschwindigkeits-Schneidverfahren bei Stahl und Gusseisen durchgeführt werden, die hohe mechanische und thermische Belastungen verursachen.
(F) Unter den Bedingungen, bei denen die die harte Beschichtungsschicht des beschichteten Sinterhartmetall-Schneidwerkzeugs bildenden Schichten als TiCN-Schicht und Al₂O₃-Schicht spezifiziert werden, werden diese als zwei alternierende Mehrschichten aufgeschichtet, wobei die mittlere Dicke dieser Schichten so dünn ist wie 0,01 bis 0,1 μm, die mittlere Gesamtdicke der Schicht wird auf 0,8 bis 10 μm eingestellt, und als Ergebnis liegen solche harten Beschichtungsschichten in einer dünnen beschichteten alternierenden Mehrschichtstruktur vor, die TiCN-Schicht und die Al₂O₃-Schicht sind direkt gleichzeitig beim Schneidverfahren für das Werkstück involviert, die Eigenschaften des Werkzeugs die Härte der TiCN-Schicht und Wärmebeständigkeit von Al₂O₃ werden ohne chronische Änderung gezeigt, und als Ergebnis zeigt das beschichtete Sinterhartmetall-Schneidwerkzeug überlegende Abriebbeständigkeit während einer langen Zeit, ohne Auftreten von Absplitterungen von der harten Beschichtungsschicht, sogar wenn das Werkzeug bei unterbrochenen Hochgeschwindigkeits-Schneidverfahren bei Gusseisen und Stahl verwendet wird, welche hohe mechanische und thermische Belastungen verursachen.
(G) Unter Bedingungen, bei denen die die harte Beschichtungsschicht des beschichteten Sinterhartmetall-Schneidwerkzeugs als TiN-Schicht und/oder TiCN-Schicht und HfO₂-Schicht spezifiziert sind, werden diese Schichten als zwei abwechselnde Mehrschichten aufgeschichtet, wobei die mittlere Dicke dieser Schichten so dünn ist wie 0,01 bis 0,1 μm und die Gesamtdicke der Schicht als 0,8 bis 10 μm eingestellt wird, und als Ergebnis liegen solche harten Beschichtungsschichten in einer alternierenden Mehrschichtstruktur vor, wobei die TiN-Schicht und/oder die TiCN-Schicht und die HfO₂-Schicht direkt gleichzeitig beim Schneidverfahren am Werkstück involviert sind, die Eigenschaften des Werkzeugs, wie Härte der TiN-Schicht und/oder der TiCN-Schicht und die Wärmebeständigkeit (Wärmeleitfähigkeit von HfO₂ beträgt 1 ,2 W/mk) der HfO₂-Schicht ohne chronische Änderungen ausgeübt werden, und daher zeigt als Ergebnis das beschichtete Sinterhartmetall-Schneidwerkzeug eine überlegende Abriebbeständigkeit während einer langen Zeit ohne das Auftreten von Absplitterungen an der harten Beschichtungsschicht, sogar wenn das Werkzeug bei Hochgeschwindigkeitsschneidverfahren bei Stahl und Gusseisen verwendet wird, welche hohe Wärmeerzeugung verursachen, die harte Beschichtungsschicht schirmt die große Wärme ab, so dass die Carbidbasis dem Einfluss der Wärme nicht ausgesetzt ist, und verhindert so die Bildung von thermischen Plastizitätsveränderungen an der Schneidkante als Ursache von Teilabnutzung; und daher wird die überlegende Abriebbeständigkeit während einer langen Zeit gezeigt.
(H) Unter Bedingungen, bei denen die die harte Beschichtungsschicht des beschichteten Sinterhartmetall-Schneidwerkzeugs als TiN-Schicht und/oder TiCN-Schicht und HfO₂-Schicht spezifiziert werden, werden diese Schichten als zwei alternierende Mehrschichten aufgeschichtet, die mittlere Dicke dieser Schichten ist so dünn wie 0,25 bis 0,75 μm und die Gesamtzahl der Schichten dieser Schichten wird auf 4 bis 9 Schichten eingestellt, und die Gesamtdicke der Schicht wird auf 1 bis 6 μm eingestellt, und als Ergebnis liegen solche harten Beschichtungsschichten in einer dünnschichtigen alternierenden Mehrschichtstruktur vor, die TiN-Schicht und/oder TiCN-Schicht und die HfO₂-Schicht sind direkt gleichzeitig im Schneidverfahren am Werkstück involviert, und die Eigenschaften der Werkzeuge, wie Härte der TiN-Schicht und Wärmebeständigkeit (die Wärmeleitfähigkeit von HfO₂ ist 1 ,2 W/mK) der HfO₂-Schicht werden ohne chronische Änderung gezeigt, und als Ergebnis zeigt das beschichtete Sinterhartmetall-Werkzeug überlegene Abriebbeständigkeit während einer langen Zeit ohne Auftreten von Absplitterungen in der harten Beschichtungsschicht, sogar wenn das Werkzeug bei Hochgeschwindigkeits-Schneidverfahren bei Stahl und Gusseisen verwendet wird, welche große Wärmeerzeugung verursachen, die harte Beschichtungsschicht blockiert die starke Wärme, wobei die Carbidbasis vor dem Einfluss der Wärme geschützt wird, und so wird die Erzeugung von thermischen Plastizitätsveränderungen an der Schneidkante als Ursache der partiellen Abnutzung verhindert; und daher wird die überlegende Abriebbeständigkeit während einer langen Zeit ausgeübt.
(I) Unter Bedingungen, bei denen die die harte Beschichtungsschicht des beschichteten Sinterhartmetall-Werkzeugs bildenden Schichten als TiN-Schicht und/oder TiCN-Schicht und Al₂O₃-Schicht spezifiziert sind, werden diese Schichten als alternierende Mehrfachschichten aufgeschichtet, die mittlere Dicke dieser Schichten ist so dünn wie 0,25 bis 0,75 μm, und die Gesamtzahl der Schichten dieser Schicht wird auf 4 bis 9 Schichten eingestellt, und die mittlere Dicke der Schicht wird auf 1 bis 6 μm eingestellt, und als Ergebnis liegen solche harten Beschichtungsschichten in einer dünnschichtigen alternierenden Mehrschichtstruktur vor, die TiN und/oder TiCN-Schicht und die Al₂O₃-Schicht sind direkt gleichzeitig beim Schneidverfahren des Werkstücks involviert, die Eigenschaften der Werkzeuge, wie Härte von TiN- und/oder TiCN-Schicht und die Wärmebeständigkeit des Al₂O₃ werden ohne chronische Änderung gezeigt, und als Ergebnis zeigen die beschichteten Sinterhartmetall-Schneidwerkzeuge überlegene Abriebbeständigkeit während einer langen Zeit ohne Auftreten von Absplitterungen an der harten Beschichtungsschicht, sogar wenn das Werkzeug bei unterbrochenen Hochgeschwindigkeits-Schneidverfahren bei Stahl und Gusseisen verwendet werden, welche hohe mechanische und thermische Belastung verursachen.
Basierend auf diesen Ergebnissen stellt die vorliegende Erfindung ein beschichtetes Sinterhartmetall-Werkzeug bereit, welches überlegene Leistungen gegen Bruch und Absplitterung der Schneidkante während einer langen Zeit auch während belastender Schneidoperationen mit Stahl und Gusseisen zeigt aufgrund der hervorragenden Härte der harten Beschichtungsschicht, indem ein beschichtetes Sinterhartmetall-Gerät bereitgestellt wird, welches bevorzugt aus einem Sinterhartmetall-Substrat und einer harten Beschichtungsschicht aufgebaut ist, die bevorzugt eine mittlere Dicke von 0,5 bis 20 μm aufweist und auf dem Substrat ausgebildet ist, und wobei die harte Beschichtungsschicht aus einer alternierenden Mehrschichtstruktur aus der ersten dünnen Schicht und der zweiten dünnen Schicht aufgebaut ist, deren einzelnen Dicke zwischen 0,01 bis 0,3 μm liegt, wobei das dicke Verhältnis der zweiten dünnen Schicht zur ersten dünnen Schicht auf zwischen 2 und 4 eingestellt wird, und wobei die erste dünne Schicht aus Titanverbindungen hergestellt wird und die zweite dünne Schicht aus harten Oxidmaterialien besteht, wobei die erste dünne Schicht bevorzugt ausgewählt wird aus der aus TiC, TiCN und TiN bestehenden Gruppe, und die zweite dünne Schicht aus Al₂O₃ und HfO₂ ausgewählt wird.
Erfindungsgemäß ist die mittlere Dicke der harten Beschichtungsschicht bevorzugt 0,5 bis 20 μm. Hervorragende Abnutzungsbeständigkeit kann nicht bei einer Dicke von weniger als 0,5 μm erreicht werden, während Bruch und Absplitterungen an der Schneidkante des Schneidwerkzeuggeräts leicht bei einer Dicke von mehr als 20 μm auftreten, sogar wenn die harte Beschichtungsschicht mit einer alternierenden Mehrschichtstruktur aufgebaut ist.
Die mittlere Dicke jeder dünnen Schicht wird auf 0,01 bis 0,3 μm eingestellt. Zufriedenstellende intrinsische Eigenschaften, wie hohe Abnutzungsbeständigkeit für die erste dünne Schicht und gute Temperatureigenschaften für die zweite dünne Schicht, können bei einer Dicke von weniger als 0,01 μm nicht erreicht werden, während intrinsische Nachteile jeder dünnen Schicht, wie Absinken der Schichtfestigkeit aufgrund von Kornwachstum, bei mehr als 0,3 μm deutlich werden.
Nachdem die Erfindung allgemein beschrieben wurde, kann ein weitergehendes Verständnis unter Bezug auf bestimmte spezifische Beispiele erreicht werden, die hier nur zum Zweck der Illustration angegeben sind und die nicht als Beschränkung gedacht sind, außer wenn dies anders angegeben ist.
Ausführungsform 1
Die folgenden Pulver, jeweils mit einer mittleren Korngröße im Bereich von 1 bis 3 μm, wurden als Rohmaterialien für Substrate hergestellt: WC-Pulver, TiC-Pulver, ZrC-Pulver, VC-Pulver, TaC-Pulver, NbC-Pulver, Cr₃C₂-Pulver, TiN-Pulver, TaN-Pulver und Co-Pulver. Diese Pulver wurden auf der Basis der in Tabelle 1 gezeigten Formulierung kompoundiert, unter Zugabe von Wachs und Acetonlösung in einer Kugelmühle während 24 Stunden nass gemischt und unter reduziertem Druck getrocknet. Die getrockneten gemischten Pulver wurden bei einem Druck von 98 MPa zur Bildung eines Grünrohlings komprimiert, welcher unter den folgenden Bedingungen gesintert wurde: Druck 5 Pa, Temperatur 1370 bis 1470°C, und Haltedauer 1 Stunde, zur Herstellung von Sinterhartmetall-Einsatzsubstraten A bis J, die in ISO-CNMG120408 definiert sind.
Die Schneidkanten der Sinterhartmetall-Einsatzsubstrate A bis J wurden Honen mit einem Radius von 0,07 mm, gefolgt von Ultraschallwaschen in einer Acetonlösung, unterzogen. Nach sorgfältigem Trocknen wurde jedes Substrat den Bedingungen in einer üblichen chemischen Dampfabscheidungsapparatur unterworfen und mit einer harten Beschichtungsschicht mit alternierender Mehrschichtstruktur beschichtet; jede Dicke der einzelnen dünnen Schichten, die alternierenden Zyklen und die Gesamtdicken sind in Tabelle 3 gezeigt, wobei die Abscheidungsbedingungen, wie in Tabelle 2 gezeigt, verwendet wurden. Ein Reinigungszustand mit H₂-Gas alle 30 Sekunden wurde immer zwischen den Abscheidungen der ersten dünnen Schicht und der zweiten dünnen Schicht eingeschoben. Die beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätze R₁ bis R₁₀ wurden auf diese Weise hergestellt.
Zur Herstellung üblicher beschichteter Sinterhartmetall-Einsätze zum Vergleich wurden dieselben Substrate verwendet und einer Beschichtung mit harten Schichten unterzogen, deren Strukturen und Dicken in Tabelle 5 gezeigt sind, unter Verwendung der Abscheidungsbedingungen, die in Tabelle 4 gezeigt sind. Übliche beschichtete Sinterhartmetall-Einsätze 1 bis 10 wurden auf diese Weise hergestellt.
Der Untersuchung der harten Beschichtungsschichten unter Verwendung eines optischen Mikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops zufolge war die Dicke jeder Schicht fast identisch mit der angestrebten Dicke.
Weiter wurden mit den beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätzen R₁ bis R₁₀ und den üblichen beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen 1 bis 10 die folgenden Schneidtests durchgeführt. Die Abnutzungstiefe an der Flankenseite wurde in jedem Test gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.

(1-1) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von legiertem Stahl Werkstück: JIS SCM415 Rundstab mit 4 Längsfurchen Schneidgeschwindigkeit: 330 m/min. Zufuhrrate: 0, 2 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 2 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken
(1-2) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von Gusseisen Werkstück: JIS FC300 Rundstab mit 4 Längsfurchen Schneidgeschwindigkeit: 330 m/min. Zufuhrrate: 0,25 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 2 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken

Ausführungsform 2
Die Schneidkanten der Sinterhartmetall-Substrate A bis J wurden Honen mit einem Radius von 0,07 mm unterzogen, gefolgt von Ultraschall-Waschen in einer Aceton-Lösung. Nach sorgfältigem Trocknen wurde jedes Substrat in eine übliche chemische Dampfabscheidungsapparatur gegeben und mit den harten Beschichtungsschichten mit alternierenden Mehrschichtstrukturen beschichtet, wobei jede Dicke jeder einzelnen dünnen Schicht, die alternierenden Zyklen und die Gesamtdicken in Tabelle 7 gezeigt wurden, wobei die in Tabelle 2 gezeigten Abscheidungsbedingungen verwendet wurden. Ein Reinigungszustand mit H₂-Gas während 30 Sekunden wurde immer zwischen der Abscheidung der ersten dünnen Schicht und der zweiten dünnen Schicht eingeschoben. Beschichtete Sinterhartmetall-Einsätze gemäß der vorliegenden Erfindung 12 und 17 bis 20 genauso wie die beschichteten Referenz-Einsätze R₁₁ und R₁₃ bis R₁₆ wurden auf diese Weise hergestellt.
Zur Herstellung von üblichen beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen als Referenz wurden dieselben Substrate verwendet und die harte Beschichtung mit der in Tabelle 8 gezeigten Struktur und Dicke unter Verwendung der Abscheidungsbedingungen, wie in Tabelle 4 gezeigt, aufgebracht. Übliche beschichtete Sinterhartmetall-Einsätze 1 1 bis 20 wurden auf diese Weise hergestellt.
Der Untersuchung der harten Beschichtungsschichten unter Verwendung eines optischen Mikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops zufolge war die Dicke jeder Schicht fast identisch mit der angestrebten Dicke.
Weiter wurden mit den erfindungsgemäßen beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen 12 und 17 bis 20, den beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätzen R₁₁ und R₁₃ bis R₁₆ und den üblichen beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen 11 bis 20 die folgenden Schneidtests durchgeführt. Die Abnutzungstiefe an der Flankenseite wurde in jedem Test gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt.

(2-1) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von legiertem Stahl Werkstück: JIS SCM415 Rundstab mit 4 Längsfurchen Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min. Zufuhrrate: 0,2 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 2 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken
(2-2) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von Gusseisen Werkstück: JIS FC300 Rundstab mit 4 Längsfurchen Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min. Zufuhrrate: 0,25 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 2 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken

Ausführungsform 3
Die Schneidkanten der Sinterhartmetall-Einsatzsubstrate A bis J wurden Honen mit einem Radius von 0,10 mm unterzogen, gefolgt von Ultraschall-Waschen in einer Aceton-Lösung. Nach sorgfältigem Trocknen wurde jedes Substrat in eine übliche chemische Dampfabscheidungsapparatur gegeben und mit den harten Beschichtungsschichten mit alternierender Mehrschichtstruktur beschichtet, wobei jede Dicke jeder einzelnen dünnen Schicht, die alternierenden Zyklen und die Gesamtdicke in Tabelle 1 1 gezeigt sind, unter Verwendung der in Tabelle 10 gezeigten Abscheidungsbedingungen. Der Reinigungszustand mit H₂-Gas während 30 Sekunden wurde immer zwischen der Abscheidung der ersten dünnen Schicht in der zweiten dünnen Schicht eingeschoben. Die beschichteten Referenzsinterhartmetall-Einsätze R₂₁ bis R₃₀ wurden auf diese Weise hergestellt.
Zur Herstellung üblicher beschichteter Sinterhartmetall-Einsätze als Referenz wurden dieselben Substrate verwendet und mit den horten Beschichtungsschichten beschichtet, deren Struktur und Dicke in Tabelle 1 2 gezeigt sind, unter Verwendung der in Tabelle 4 gezeigten Abscheidungsbedingungen. Übliche beschichtete Sinterhartmetall-Einsätze 21 bis 30 wurden auf diese Weise hergestellt.
Der Untersuchung der harten Beschichtungsschichten unter Verwendung eines optischen Mikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops zufolge war die Dicke jeder Schicht fast identisch mit der angestrebten Dicke.
Weiter wurden mit den beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätzen R₂₁ bis R₃₀ und den üblichen beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen 21 bis 30 die folgenden Schneidtests durchgeführt. Die Abnutzungstiefe an der Flankenseite wurde in jedem Test gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 dargestellt.

(3-1) Schneidstil: Kontinuierliches Drehen mit großer Schneidtiefe Werkstück: JIS SCM 415 Rundstab Schneidgeschwindigkeit: 180 m/min. Zufuhrrate: 0,45 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 7 mm Schneidzeit: 5 min. Kühlmittel: trocken
(3-2) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von legiertem Stahl mit hoher Zufuhrrate Werkstück: JIS SCM415 Rundstab mit 4 Längsfurchen Schneidgeschwindigkeit: 150 m/min. Zufuhrrate: 0,7 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 4 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken

Ausführungsform 4
Die Schneidkanten der Sinterhartmetall-Einsatzsubstrate A bis J wurden Honen mit dem Radius von 0,03 mm unterzogen, gefolgt von Ultraschall-Waschen in einer Aceton-Lösung. Nach sorgfältigem Trocknen wurde jedes Substrat in eine übliche chemische Dampfabscheidungsapparatur eingebracht und mit harten Beschichtungsschichten mit alternierender Mehrschichtstruktur beschichtet, wobei jede Dicke jeder einzelnen dünnen Schicht, alternierende Zyklen und die Gesamtdicke in Tabelle 14 gezeigt sind, unter Verwendung der in Tabelle 1 0 angegebenen Abscheidungsbedingungen. Ein Reinigungsstatus mit H₂-Gas während 30 Sekunden wurde stets zwischen der Abscheidung der ersten dünnen Schicht und der zweiten dünnen Schicht eingeschoben. Beschichtete Sinterhartmetalleinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung 32 bis 36 und 38 bis 40 und die beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätze R₃₁ und R₃₇ wurden auf diese Weise hergestellt.
Zur Herstellung üblicher beschichteter Sinterhartmetall-Einsätze als Referenz wurden dieselben Substrate verwendet und die harte Beschichtung, deren Struktur und Dicke in Tabelle 15 dargestellt ist, unter Verwendung der in Tabelle 4 gezeigten Abscheidungsbedingungen beschichtet. Übliche beschichtete Sinterhartmetall-Einsätze 31 bis 40 wurden auf diese Weise hergestellt.
Der Untersuchung der harten Beschichtungsschichten unter Verwendung eines optischen Mikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops zufolge war die Dicke jeder Schicht fast identisch mit der angestrebten Dicke. Weiter wurden mit den beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen gemäß der vorliegenden Erfindung 32 bis 36 und 38 bis 40, den beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätzen R₃₁ und R₃₇ und den üblichen beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen 31 bis 40 die folgenden Schneidtests durchgeführt. Die Abnutzungstiefe jeder Flankenseite wurde in jedem Test gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 16 dargestellt.

(4-1) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von legiertem Stahl Werkstück: JIS SCM440 Rundstab Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min. Zufuhrrate: 0, 2 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 2 mm Schneidzeit: 5 min. Kühlmittel: trocken
(4-2) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von rostfreiem Stahl Werkstück: JIS SUS304 Rundstab mit 4 Längsfurchen Schneidgeschwindigkeit: 200 m/min. Zufuhrrate: 0,2 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 1 ,5 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken

Ausführungsform 5
Die Schneidkanten der Sinterhartmetall-Einsatzsubstrate A bis J wurden Honen mit dem Radius von 0,07 mm unterzogen, gefolgt von Ultraschall-Waschen in einer Aceton-Lösung. Nach sorgfältigem Trocknen wurde jedes Substrat in eine übliche chemische Dampfabscheidungsapparatur eingebracht und mit harten Beschichtungsschichten mit alternierender Mehrschichtstruktur beschichtet, wobei jede Dicke jeder einzelnen dünnen Schicht, alternierende Zyklen und die Gesamtdicke in Tabelle 1 7 gezeigt sind, unter Verwendung der in Tabelle 10 angegebenen Abscheidungsbedingungen. Ein Reinigungsstatus mit H₂-Gas während 30 Sekunden wurde stets zwischen der Ablagerung der ersten dünnen Schicht und der zweiten dünnen Schicht eingeschoben. Beschichtete Sinterhartmetalleinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung 41 und 49 und die beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätze R₄₂ bis R₄₈ und R₅₀ wurden auf diese Weise hergestellt.
Zur Herstellung üblicher beschichteter Sinterhartmetall-Einsätze als Referenz werden dieselben Substrate verwendet und die harte Beschichtung, deren Struktur und Dicke in Tabelle 18 dargestellt ist, unter Verwendung der in Tabelle 4 gezeigten Abscheidungsbedingungen aufgebracht. Übliche beschichtete Sinterhartmetall-Einsätze 41 bis 50 wurden auf diese Weise hergestellt.
Der Untersuchung der harten Beschichtungsschichten unter Verwendung eines optischen Mikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops zufolge war die Dicke jeder Schicht fast identisch mit der angestrebten Dicke.
Weiter wurden mit den beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen gemäß der vorliegenden Erfindung 41 und 49, den beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätzen R₄₂ bis R₄₈ und R₅₀ und den üblichen beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen 41 bis 50 die folgenden Schneidtests durchgeführt. Die Abnutzungstiefe jeder Flankenseite wurde in jedem Test gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 19 dargestellt.

(5-1) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von legiertem Stahl Werkstück: JIS SCM415 Rundstab mit 4 Längsfurchen Schneidgeschwindigkeit: 330 m/min. Zufuhrrate: 0,25 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 2 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken
(5-2) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von Gusseisen Werkstück: JIS FC300 Rundstab mit 4 Längsfurchen Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min. Zufuhrrate: 0,3 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 2 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken

Ausführungsform 6
Die Schneidkanten der Sinterhartmetall-Einsatzsubstrate A bis J wurden Honen mit dem Radius von 0,07 mm unterzogen, gefolgt von Ultraschall-Waschen in einer Aceton-Lösung. Nach sorgfältigem Trocknen wurde jedes Substrat in eine übliche chemische Dampfabscheidungsapparatur eingebracht und mit harten Beschichtungsschichten mit alternierender Mehrschichtstruktur beschichtet, wobei jede Dicke jeder einzelnen dünnen Schicht, alternierende Zyklen und die Gesamtdicke in Tabelle 21 gezeigt sind, unter Verwendung der in Tabelle 20 angegebenen Abscheidungsbedingungen. Ein Reinigungsstatus mit H₂-Gas während 30 Sekunden wurde stets zwischen die Ablagerung der ersten dünnen Schicht und der zweiten dünnen Schicht eingeschoben. Beschichtete Sinterhartmetalleinsätze gemäß der vorliegenden Erfindung 53, 54 und 59 und die beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätze R₅₁, R₅₂, R₅₅ bis R₅₈ und R₆₀ werden auf diese Weise hergestellt.
Zur Herstellung üblicher beschichteter Sinterhartmetall-Einsätze als Referenz wurden dieselben Substrate verwendet und die harte Beschichtung, deren Struktur und Dicke in Tabelle 22 dargestellt ist, unter Verwendung der in Tabelle 4 gezeigten Abscheidungsbedingungen aufgebracht. Übliche beschichtete Sinterhartmetall-Einsätze 51 bis 60 wurden auf diese Weise hergestellt.
Der Untersuchung der harten Beschichtungsschichten unter Verwendung eines optischen Mikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops zufolge war die Dicke jeder Schicht fast identisch mit der angestrebten Dicke.
Weiter wurden mit den beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen gemäß der vorliegenden Erfindung 53, 54 und 59, den beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätzen R₅₁, R₅₂, R₅₅ bis R₅₈ und R₆₀ und den üblichen beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen 51 bis 60 die folgenden Schneidtests durchgeführt. Die Abnutzungstiefe jeder Flankenseite wurde in jedem Test gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 23 dargestellt.

(6-1) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von legiertem Stahl Werkstück: JIS SCM440 Rundstab Schneidgeschwindigkeit: 450 m/min. Zufuhrrate: 0,2 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 1,5 mm Schneidzeit: 5 min. Kühlmittel: trocken
(6-2) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von rostfreiem Stahl Werkstück: JIS SUS304 Rundstab mit 4 Längsfurchen Schneidgeschwindigkeit: 250 m/min. Zufuhrrate: 0,2 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 1,5 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken

Ausführungsform 7
Die Schneidkanten der Sinterhartmetall-Einsatzsubstrate A bis J wurden Honen mit dem Radius von 0,07 mm unterzogen, gefolgt von Ultraschall-Waschen in einer Aceton-Lösung. Nach sorgfältigem Trocknen wurde jedes Substrat in eine übliche chemische Dampfabscheidungsapparatur eingebracht und mit harten Beschichtungsschichten mit alternierender Mehrschichtstruktur beschichtet, wobei jede Dicke jeder einzelnen dünnen Schicht, alternierende Zyklen und die Gesamtdicke in Tabelle 24 gezeigt sind, unter Verwendung der in Tabelle 20 angegebenen Abscheidungsbedingungen. Ein Reinigungsstatus mit H₂-Gas während 30 Sekunden wurde stets zwischen der Ablagerung der ersten dünnen Schicht und der zweiten dünnen Schicht eingeschoben. Beschichtete Referenz-Sinterhartmetall-Einsätze R₆₁ bis R₇₀ werden auf diese Weise hergestellt.
Zur Herstellung üblicher beschichteter Sinterhartmetall-Einsätze als Referenz wurden dieselben Substrate verwendet und die harte Beschichtung, deren Struktur und Dicke in Tabelle 25 dargestellt ist, unter Verwendung der in Tabelle 4 gezeigten Abscheidungsbedingungen aufgebracht. Übliche beschichtete Sinterhartmetall-Einsätze 61 bis 70 wurden auf diese Weise hergestellt.
Der Untersuchung der harten Beschichtungsschichten unter Verwendung eines optischen Mikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops zufolge war die Dicke jeder Schicht fast identisch mit der angestrebten Dicke.
Weiter wurden mit den beschichteten Referenz-Sinterhartmetall-Einsätzen R₆₁ bis R₇₀ und den üblichen beschichteten Sinterhartmetall-Einsätzen 61 bis 70 die folgenden Schneidtests durchgeführt. Die Abnutzungstiefe jeder Flankenseite wurde in jedem Test gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 26 dargestellt.

(7-1) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von legiertem Stahl Werkstück: JIS SCM440 Rundstab Schneidgeschwindigkeit: 420 m/min. Zufuhrrate: 0,25 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 1,5 mm Schneidzeit: 5 min. Kühlmittel: trocken
(7-2) Schneidstil: Unterbrochenes Drehen von rostfreiem Stahl Werkstück: JIS SUS304 Rundstab mit 4 Längsfurchen Schneidgeschwindigkeit: 230 m/min. Zufuhrrate: 0,2 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 1,5 mm Schneidzeit: 3 min. Kühlmittel: trocken

Claims

Beschichtetes Schneidwerkzeug, umfassend ein hartes, gesintertes Substrat und eine auf der Oberfläche dieses Substrats abgeschiedene harte Beschichtungsschicht, wobei die harte Beschichtungsschicht eine alterniernde Mehrschichtstruktur mit einer Gesamtdicke zwischen 0,5 und 20 μm umfasst und eine erste dünne Schicht aus Titanverbindungen und eine zweite dünne Schicht aus harten Oxidmaterialien umfasst, deren Einzeldicke zwischen 0,01 bis 0,3 μm liegt, und wobei das Dickeverhältnis der zweiten dünnen Schicht zur ersten dünnen Schicht auf zwischen 2 und 4 eingestellt wird.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die erste dünne Schicht aus mindestens einer Schicht hergestellt wird, die aus TiC, TiCN und TiN ausgewählt wird.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei die zweite dünne Schicht aus Al₂O₃ hergestellt wird.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei die zweite dünne Schicht aus HfO₂ hergestellt wird.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei die Gesamtdicke der harten Beschichtungsschicht zwischen 0,8 und 10 μm liegt.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, wobei die Gesamtdicke der harten Beschichtungsschicht zwischen 1 und 6 μm liegt.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dickeverhältnis der zweiten dünnen Schicht zur ersten dünnen Schicht auf zwischen 2,5 und 3,5 festgesetzt ist.