Herramienta de corte con revestimiento superficial que tiene capa de revestimiento duro con excelente resistencia al desportillado y resistencia a la fractura.

Herramienta de corte con revestimiento superficial que comprende:



un cuerpo de herramienta de corte que consiste en un carburo cementado a base de carburo de tungsteno o un cermet a base de carbonitruro de titanio; y

una capa de revestimiento duro proporcionada sobre una superficie del cuerpo de herramienta de corte, en la que la capa de revestimiento duro consiste en una capa inferior y una capa superior;

(a) la capa inferior es una capa de compuesto de titanio que esta compuesta por una o mas de una capa de carburo de titanio, una capa de nitruro de titanio, una capa de carbonitruro de titanio, una capa de carbOxido de titanio y una capa de oxicarbonitruro de titanio, y tiene un grosor de capa medio total de 3 a 20 prri;

(b) la capa superior, que se proporciona sobre la capa inferior, es una capa de 6xido de aluminio que tiene un grosor de capa medio de 1 a 25 gm; y

una capa rica en microporos, que incluye microporos que tienen un diametro de 2 a 70 nm y tiene un grosor de capa de 0,1 a 1 pm, se proporciona en la capa inferior en las proximidades de la super-fide de contacto entre las capas inferior y superior.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12153629.

Solicitante: MITSUBISHI MATERIALS CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 3-2, Otemachi 1-chome Chiyoda-ku Tokyo 100-8117 JAPON.

Inventor/es: NAKAMURA, EIJI, OSADA, AKIRA, TATSUOKA,SHO, TOMITA,KOHEI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C23C30/00 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL.C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (aplicación de líquidos o de otros materiales fluidos sobre las superficies, en general B05; fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; mecanizado del metal por acción de una fuerte concentración de corriente eléctrica sobre un objeto por medio de un electrodo B23H; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; pinturas, barnices, lacas C09D; esmaltado o vidriado de metales C23D; medios para impedir la corrosión de materiales metálicos, las incrustaciones, en general C23F; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D, C25F; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04; detalles de aparatos de sonda de barrido, en general G01Q; fabricación de dispositivos semiconductores H01L; fabricación de circuitos impresos H05K). › Revestimiento con materiales metálicos, caracterizado solamente por la composición del material metálico, es decir, no caracterizado por el proceso de revestimiento (C23C 26/00, C23C 28/00 tienen prioridad).

PDF original: ES-2526084_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Herramienta de corte con revestimiento superficial que tiene capa de revestimiento duro con excelente resistencia al desportillado y resistencia a la fractura

Campo técnico

La presente invención se refiere a una herramienta de corte con revestimiento superficial (a continuación en el presente documento denominada herramienta de corte revestida) que conserva una excelente capacidad de corte durante un largo periodo de uso en un funcionamiento de corte intermitente de alta velocidad, en el que se genera un alto calor y se somete un filo de corte a una carga de impacto intermitente, contra una amplia variedad de acero e hierro de fundición, dotando a su capa de revestimiento duro de una excelente resistencia al desportillado y resistencia a la fractura. Se reivindica prioridad sobre la solicitud de patente japonesa n.° 2011-021625, presentada el 3 de febrero de 2011, la solicitud de patente japonesa n.° 2011-252224, presentada el 18 de noviembre de 2011 y la solicitud de patente japonesa n.° 2012-8560, del 19 de enero de 2012.

Técnica anterior

Se conoce convencionalmente una herramienta de corte, que incluye un cuerpo de herramienta de corte y una capa de revestimiento duro constituida por (a) una capa inferior y (b) una capa superior. La capa inferior de la herramienta de corte es una capa de compuesto de Ti depositado químicamente compuesta por una o más de una capa de carburo de titanio (a continuación en el presente documento denominado TiC), una capa de nitruro de titanio (a continuación en el presente documento denominada TiN), una capa de carbonitruro de titanio (a continuación en el presente documento denominada TiCN), una capa de carbóxido de titanio (a continuación en el presente documento denominada TiCO) y una capa de oxicarbonitruro de titanio (a continuación en el presente documento denominada TiCNO). La capa superior de la herramienta de corte es una capa de óxido de aluminio depositado químicamente (a continuación en el presente documento denominada AI2O3). También se conoce, convencionalmente, que la herramienta de corte descrita anteriormente puede utilizarse para una operación de corte de una amplia variedad de acero y hierro de fundición.

Sin embargo, el desportillado y la fractura son propensos a producirse en condiciones de corte en las que su filo de corte se somete a una gran carga en la herramienta de corte revestida mencionada anteriormente. Como resultado, la vida de la herramienta de corte se acorta. Para sortear este problema se han realizado convencionalmente varias

propuestas.

Por ejemplo, en una herramienta de corte revestida dada a conocer en la publicación de patente japonesa (concedida) n.° 4251990, se proporciona una capa intermedia constituida por óxido boronitrílico de titanio entre las capas inferior y superior. Aumentando el contenido en oxigeno en la capa intermedia desde el lado de capa inferior al lado de capa superior, se mejora la fuerza de unión entre las capas inferior y superior de la capa de revestimiento duro. Por tanto, se mejora la resistencia al desportillado de la herramienta de corte revestida.

En una herramienta de corte revestida dada a conocer en la primera publicación de la solicitud de patente japonesa pendiente de examen n.° 2006-205300, se propone una capa de revestimiento duro, que tiene una capa inferior a base de titanio y una capa superior constituida por una capa de a-alúmina. En la herramienta de corte revestida, las partes de óxido de titanio están distribuidas de manera dispersa a una razón de 1 a 50 partes en un intervalo que se extiende 10 pm de longitud desde la superficie de contacto entre las capas inferior y superior. Con estas configuraciones se mejora la durabilidad frente a impactos, evitando que la herramienta de corte se desportille y fracture. Como resultado, se proporciona una herramienta de corte, no sólo con excelente resistencia al desportillado y resistencia a la fractura, sino también con resistencia al desgaste. En una herramienta de corte revestida dada a conocer en la primera publicación de la solicitud de patente japonesa pendiente de examen n.° 2003-19603, una herramienta revestida con una capa de revestimiento duro incluye una capa superior. Se propone que la capa superior sea una capa de AI2O3 con del 5 al 30% de porosidad. Además, se proporciona una capa de TiN sobre la capa superior como capa de superficie. Debido a las configuraciones mencionadas anteriormente, los impactos térmicos y mecánicos se absorben y se debilitan. Como resultado, se mejora la resistencia al desportillado de la herramienta de corte.

Descripción de la invención

[Problemas que va a resolver la invención]

En los últimos años, ha habido una fuerte demanda para reducir la potencia y la energía en el trabajo de corte. Como resultado, se han usado herramientas revestidas en condiciones cada vez más duras. Por ejemplo, incluso las herramientas revestidas dadas a conocer en la publicación de patente japonesa (concedida) n.° 4251990, la primera publicación de la solicitud de patente japonesa pendiente de examen n.° 2006-205300, y la primera publicación de la solicitud de patente japonesa pendiente de examen n.° 2003-19603 pueden desportillarse o fracturarse en sus filos de corte por una alta carga en un trabajo de corte, cuando se usan en un trabajo de corte intermitente de alta

velocidad en el que se genera una alta temperatura y se someten sus filos de corte a cargas de impacto/intermltentes, ya que las resistencias al impacto mecánico y térmico de la capa superior no son suficientes. Como resultado, la vida útil de las herramientas revestidas finaliza en un periodo de tiempo relativamente corto.

En tales circunstancias, los presentes inventores han estudiado intensamente una herramienta revestida, cuya capa de revestimiento duro tiene una excelente capacidad de absorción de impactos, incluso cuando se usa la herramienta revestida en un trabajo de corte intermitente de alta velocidad en el que se somete su filo de corte a cargas de ¡mpacto/lntermitentes. Tal herramienta revestida muestra excelentes resistencias al desportillado y a la fractura durante un largo periodo de tiempo. En los estudios, los presentes inventores obtuvieron el conocimiento que se describe a continuación.

Una de las herramientas revestidas convencionales tiene una capa de revestimiento duro con una capa de AI2O3 porosa. En la capa de AI2O3 se forman microporos, que tienen un diámetro casi constante, por toda la capa de AI2O3. Como resultado, se mejora su resistencia al choque mecánico y térmico cuando se aumenta la porosidad. Sin embargo, cuando se aumenta la porosidad, se deterioran la resistencia y la dureza a una alta temperatura de la capa de AI2O3 porosa. Como resultado, la herramienta revestida convencional con la capa de Al203 porosa no puede mostrar una resistencia al desgaste suficiente durante un largo periodo de tiempo. Además, la vida útil de la herramienta revestida finaliza en un periodo de tiempo relativamente corto, no resultando satisfactoria.

La mejora de las resistencias a choque mecánico y térmico de la herramienta revestida puede conseguirse sin comprometer la resistencia y dureza de la capa de AI2O3 a una alta temperatura. Para conseguir esto, se proporciona una herramienta revestida que tiene una capa de revestimiento duro sobre un cuerpo de herramienta de corte. La capa de revestimiento duro tiene una capa inferior, que es una capa de compuesto de titanio, y una capa superior, que es una capa de AI2O3. Una capa rica en microporos, que incluye microporos que tienen un diámetro de 2 a 70 nm y tiene un grosor de capa predeterminado, se proporciona en la capa inferior en las proximidades de la superficie de contacto entre las capas inferior y superior.

Cuando se estudió la relación entre una distribución de diámetro de microporos (con un diámetro de 2 a 70 nm) de la capa rica en microporos y las resistencias al desportillado/a la fractura de la capa de revestimiento duro, se obtuvo el siguiente conocimiento. Las resistencias al desportillado y a la fractura pueden mejorarse formando los microporos con una distribución de diámetro en la distribución bimodal (una distribución con dos picos) sin un patrón distribuido de manera uniforme en el intervalo de diámetros entre 2 nm a 70 nm.

Es más efectivo ajustar la distribución bimodal como sigue. El primer pico en el patrón de distribución bimodal de los microporos existe entre un intervalo de diámetros de 2 a 10 nm. La densidad de los microporos en el primer pico es de 200 a 500 poros/pm2, cuando se establece una ventana de secciones en la distribución de frecuencia en 2 nm de diámetro cada una. El segundo pico en el patrón de distribución bimodal de los microporos existe entre un intervalo de diámetros de 20... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

Herramienta de corte con revestimiento superficial que comprende:

un cuerpo de herramienta de corte que consiste en un carburo cementado a base de carburo de tungsteno o un cermet a base de carbonitruro de titanio; y

una capa de revestimiento duro proporcionada sobre una superficie del cuerpo de herramienta de corte, en la que la capa de revestimiento duro consiste en una capa inferior y una capa superior;

(a) la capa inferior es una capa de compuesto de titanio que está compuesta por una o más de una capa de carburo de titanio, una capa de nitruro de titanio, una capa de carbonitruro de titanio, una capa de carbóxido de titanio y una capa de oxicarbonitruro de titanio, y tiene un grosor de capa medio total de 3 a 20 pm;

(b) la capa superior, que se proporciona sobre la capa inferior, es una capa de óxido de aluminio que tiene un grosor de capa medio de 1 a 25 pm; y

una capa rica en microporos, que incluye microporos que tienen un diámetro de 2 a 70 nm y tiene un grosor de capa de 0,1 a 1 pm, se proporciona en la capa inferior en las proximidades de la superficie de contacto entre las capas inferior y superior.

Herramienta de corte con revestimiento superficial según la reivindicación 1, en la que la distribución del diámetro de los microporos muestra un patrón de distribución bimodal.

Herramienta de corte con revestimiento superficial según la reivindicación 2,

en la que un primer pico en el patrón de distribución bimodal del diámetro de los microporos existe entre un intervalo de diámetros de 2 a 10 nm;

una densidad de los microporos en el primer pico es de 200 a 500 poros/pm2, cuando se establece una ventana de secciones en la distribución de frecuencia en 2 nm de diámetro cada una;

un segundo pico en el patrón de distribución bimodal del diámetro de los microporos existe entre un intervalo de diámetros de 20 a 50 nm; y

una densidad de los microporos en el segundo pico es de 10 a 50 poros/pm2, cuando se establece una ventana de secciones en la distribución de frecuencia en 2 nm de diámetro cada una.


 

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