Herramienta de corte recubierta y método para producirla.

Herramienta de corte recubierta que comprende un material de base que tiene una superficie recubierta con unapelícula de recubrimiento que comprende al menos una capa,

comprendiendo la película de recubrimiento al menos una capa compuesta por una película de cristales columnares de TiCN,

en la que la película de cristales columnares de TiCN tiene un tamaño medio de grano de 0,05 μm a 0,5 μm, medidoen la dirección paralela a la superficie del material de base, y presenta un patrón de difracción de rayos X que tieneun pico en un ángulo 2θ de difracción en el intervalo comprendido entre 121,5º y 122,6º, en el que el pico se atribuyea la cara cristalina (422) del cristal columnar de TiCN, medido utilizando radiación CuKα.

Herramienta de corte recubierta y método para producirla.

Campo de la invención La presente invención se refiere a una herramienta de corte recubierta que comprende un material de base que tiene una superficie recubierta con una película de recubrimiento. Más concretamente, la presente invención se refiere a una herramienta de corte recubierta compuesta por un material de base que tiene una superficie recubierta con una película de cristales columnares de TiCN que tiene una estructura específica, y que se utiliza ventajosamente para cortar acero al carbón, hierro colado dúctil, y otros.

Técnica anterior

Para realizar cortes se utiliza mucho una herramienta de corte recubierta, compuesta por un material de base compuesto por un material duro que tiene una superficie recubierta con una película de cristales columnares de TiCN depositada mediante un método de deposición química en fase de vapor (CVD) a una temperatura media, tal como una temperatura en el intervalo comprendido entre 700ºC y 900ºC, utilizando una gas materia prima que comprende CH3CN en el que la película de cristales columnares de TiCN está recubierta con una película de óxido de aluminio.

Como herramienta de corte recubierta de la técnica anterior, existe una herramienta de corte con recubrimiento de superficie hecha de carburo cementado a base de carburo de tungsteno, que está recubierta con una primera capa compuesta por nitruro de titanio, una segunda capa compuesta por carbonitruro de titanio, una tercera capa compuesta por carbóxido de titanio, y una cuarta capa compuesta por óxido de aluminio (véase, por ejemplo, el documento de patente 1) . Sin embargo, puesto que la herramienta de corte con recubrimiento de superficie hecha de carburo cementado a base de carburo de tungsteno está recubierta con una película de carbonitruro de titanio depositada mediante un método de CVD de media temperatura que utiliza un gas materia prima que comprende CH3CN, la relación atómica entre carbono y la suma de carbono y nitrógeno contenidos en la película de carbonitruro de titanio {C/ (C+N) } es tan pequeña como 0, 5 a 0, 6. Por lo tanto, existe el problema de que la película de recubrimiento de carbonitruro de titanio tiene una dureza baja y por lo tanto no presenta una resistencia al desgaste satisfactoria.

Como otra herramienta de corte recubierta de la técnica anterior, existe una herramienta de corte recubierta que está recubierta con una película de TiCN que utiliza un gas materia prima que comprende CH3CN y CH4 (véase, por ejemplo, el documento de patente 2) . Sin embargo, cuando la reacción para la deposición se lleva a cabo a una temperatura de 900ºC o inferior, sólo reacciona el CH3CN y casi nada de CH4 experimenta la reacción química. Por lo tanto, la película de TiCN resultante no tiene una relación C/ (C+N) superior a 0, 6, y por lo tanto la película de TiCN tiene una dureza baja y no presenta una resistencia al desgaste satisfactoria. Por otro lado, cuando la reacción se lleva a cabo a una temperatura superior a 900ºC, la película de recubrimiento de TiCN resultante está compuesta por granos de cristal gruesos, y por lo tanto se reduce su tenacidad, lo que genera el problema de una baja resistencia a la fractura.

[Documento de patente 1] Publicación de patente japonesa no examinada Nº Hei 07-328808 [Documento de patente 2] Publicación de patente japonesa no examinada Nº Hei 06-158324

En el documento de EE.UU. 2001/036388 A1 se describe un método para producir una herramienta de corte recubierta, que comprende depositar una película de cristales columnares de TiCN mediante un método de CVD a una temperatura de 900ºC, utilizando un gas materia prima que comprende nitrógeno, etano, acetonitrilo, titanio tetracloruro de carbono e hidrógeno.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Problemas a ser resueltos por la invención En los últimos años, en el campo del mecanizado, hay cada vez una mayor demanda de productos mecanizadas de alta calidad, especialmente que tengan una precisión mejorada de la dimensión de mecanizado. Además, los materiales a cortar tienen cada año mayor dureza o resultan más difíciles de cortar, y, cuando tales materiales se cortan por medio de una herramienta de corte convencional, es probable que se produzca el retroceso de la posición del filo de la herramienta debido al desgaste o al descantillado de la porción de superficie con relieve, que conduce a la desventaja de que la dimensión de mecanizado de los materiales a cortar queda fuera del intervalo establecido en un tiempo de mecanizado corto. En los puntos de mecanizado, para mantener la precisión de la dimensión de mecanizado de los materiales a cortar dentro del intervalo establecido, la posición del filo de la herramienta se corrige con frecuencia, lo que reduce la eficacia de mecanizado. Por lo tanto, para los puntos de mecanizado resulta deseable una herramienta de corte con menor probabilidad de producir el retroceso de la posición del filo de la herramienta. En consecuencia, un objeto de la presente invención es proporcionar una herramienta de corte recubierta con una excelente resistencia al desgaste y una excelente resistencia al descantillado así como una excelente resistencia a la fractura, de manera que sea poco probable que la herramienta de corte recubierta provoque el retroceso de la posición del filo de la herramienta debido al desgaste o al descantillado, y un método para producirla.

Medios para resolver los problemas Los autores de la presente invención han llevado a cabo extensos e intensos estudios con miras a desarrollar una herramienta de corte recubierta poco susceptible de provocar el retroceso de la posición del filo de la herramienta debido al desgaste o al descantillado del filo de la herramienta. Como resultado, se ha descubierto que cuando se deposita una película de cristales columnares de TiCN sobre la superficie de un material de base mediante un método de CVD de media temperatura según la reivindicación 10, la película de cristales columnares de TiCN resultante aumenta su dureza sin disminuir su resistencia, en comparación con una película de TiCN convencional. La herramienta de corte recubierta obtenida mediante la presente invención tiene una excelente resistencia al desgaste y una excelente resistencia al descantillado así como una excelente resistencia a la fractura. Por lo tanto, queda suprimido el retroceso de la posición del filo de la herramienta debido al desgaste o al descantillado, por lo que resulta posible mantener una precisión de la dimensión de mecanizado y reducir las operaciones de corrección de la posición del filo de la herramienta debido al cambio de dimensión.

La herramienta de corte recubierta de la presente invención comprende un material de base que tiene una superficie recubierta con una película de recubrimiento, en la que la película de recubrimiento comprende al menos una capa compuesta por una película de cristales columnares de TiCN. Concretamente, en la presente invención, se forma una película de cristales columnares de TiCN directamente sobre un material de base o se forma a través de una película más interior formada en el material de base. La película de cristales columnares de TiCN tiene un tamaño medio de grano de 0, 05 μm a 0, 5 μm, medido en la dirección paralela a la superficie del material de base, y presenta un patrón de difracción de rayos X con un pico en un ángulo 28 de difracción en el intervalo comprendido entre 121, 5º y 122, 6º, en el que el pico se atribuye a la cara cristalina (422) del cristal columnar de TiCN medido utilizando radiación CuKa.

Los ejemplos específicos de las herramientas de corte recubiertas de la presente invención incluyen la punta de corte, la fresa de espiga, el taladro y el escariador. El material de base utilizado en la herramienta de corte recubierta de la presente invención es un material que convencionalmente se ha utilizado como material de base en la herramienta de corte recubierta, y los ejemplos específicos incluyen carburo cementado, cermet, cerámica y materiales sinterizados de nitruro de boro cúbico. En la herramienta de corte recubierta de la presente invención resulta más preferente como material de base el carburo cementado, debido a la resistencia al desgaste y la resistencia a la fractura.

La película de recubrimiento que comprende una película de cristales columnares de TiCN de la presente invención está compuesta por al menos un elemento seleccionado de entre un carburo, un nitruro y un óxido de un elemento perteneciente al Grupo 4a (Ti, Zr, Hf) , 5a (V, Nb, Ta) o 6a (Cr, Mo, W) de la Tabla Periódica o Al y una solución sólida mutua de los mismos. Los ejemplos específicos incluyen TiC, TiN, TiCN, TiCO, TiCNO, TiAlCO, TiAlCNO... [Seguir leyendo]

1. Herramienta de corte recubierta que comprende un material de base que tiene una superficie recubierta con una película de recubrimiento que comprende al menos una capa, comprendiendo la película de recubrimiento al menos una capa compuesta por una película de cristales columnares de TiCN, en la que la película de cristales columnares de TiCN tiene un tamaño medio de grano de 0, 05 μm a 0, 5 μm, medido en la dirección paralela a la superficie del material de base, y presenta un patrón de difracción de rayos X que tiene un pico en un ángulo 28 de difracción en el intervalo comprendido entre 121, 5º y 122, 6º, en el que el pico se atribuye a la cara cristalina (422) del cristal columnar de TiCN, medido utilizando radiación CuKa.

2. Herramienta de corte recubierta según la reivindicación 1, en la que un valor de la mitad de la anchura del pico atribuido a la cara cristalina (422) de la película de cristales columnares de TiCN es de 0, 40º a 0, 60º.

3. Herramienta de corte recubierta según la reivindicación 1 ó 2, en la que la película de cristales columnares de TiCN presenta un patrón de difracción de rayos X que tiene la mayor intensidad en el pico atribuido a la cara cristalina (422) .

4. Herramienta de corte recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la relación atómica entre carbono y la suma de carbono y nitrógeno contenidos en la película de cristales columnares de TiCN {C/ (C+N) } es de 0, 70 a 0, 90.

5. Herramienta de corte recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que puede obtenerse depositando la película de cristales columnares de TiCN en el material de base mediante un método de CVD a una temperatura en el intervalo comprendido entre 700ºC y 900ºC utilizando un gas materia prima que comprende del 1, 0% al 4, 0% en moles de una cadena hidrocarbonada de 2 a 20 átomos de carbono, del 0, 1% al 0, 5% en moles de CH3CN (acetonitrilo) , del 1, 0% al 4, 0% en moles de TiCl4 (tetracloruro de titanio) , y el resto de H2 (hidrógeno) .

6. Herramienta de corte recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la película de recubrimiento tiene un espesor medio de 7 μm a 25 μm.

7. Herramienta de corte recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la película de recubrimiento comprende una película interior y una película exterior, en la que la película interior comprende al menos una capa compuesta por una película de cristales columnares de TiCN con un espesor medio de 5 μm a 20 μm, y la película exterior comprende al menos una capa compuesta por una película de óxido de aluminio con un espesor medio de 1, 5 μm a 10 μm.

8. Herramienta de corte recubierta según la reivindicación 7, en la que la película de óxido de aluminio es una película de óxido de a-aluminio.

9. Herramienta de corte recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el material de base está seleccionado del grupo que consiste en carburo cementado, cerment, cerámica y materiales sinterizados de nitruro de boro cúbico.

10. Método para producir una herramienta de corte recubierta, que comprende depositar una película de cristales columnares de TiCN mediante un método de CVD a una temperatura en el intervalo comprendido entre 700ºC y 900ºC que utiliza un gas materia prima que comprende del 1, 0% al 4, 0% en moles de una cadena hidrocarbonada de 2 a 20 átomos de carbono, del 0, 1% al 0, 5% en moles de CH3CN (acetonitrilo) , del 1, 0% al 4, 0% en moles de TiCl4 (tetracloruro de titanio) , y el resto de H2 (hidrógeno) .

11. Método según la reivindicación 10, en el que la cadena hidrocarbonada tiene de 2 a 6 átomos de carbono, particularmente de 2 a 3 átomos de carbono.

12. Método según la reivindicación 10 u 11, en el que la cadena hidrocarbonada está seleccionada de entre hidrocarburos saturados que tienen una estructura de cadena, particularmente de entre C2H6 y C3H8, y de entre hidrocarburos insaturados que tienen una estructura de cadena, particularmente de entre C2H4 y C3H6.