Herramienta recubierta.

Herramienta constituida por un material base del grupo carburo cementado,

cerrnet, material duro yacero para herramientas y un recubrimiento de dos o más capas con un espesor de recubrimiento total de 0,5 μm a15 μm, presentando una capa de recubrimiento un espesor de 0,0003 - 5,0 11m, caracterizado porque al menos unacapa de recubrimiento presenta la composición (Ti.AlbTa,)N

con a + b + e ≥ 1, siendo

0,3≤ b ≤0,75;

0,001 ≤c ≤0,30

Y presentando al menos otra capa de recubrimiento la composición (Ti.,AI.Ta,Mg)N

con d + e+f+g ≥ 1, siendo

0,50 ≤e ≤0,70;

o ≤ f ≤0,25; Y

siendo M uno o varios elementos del grupo Si, V, B, con

para Si: 0,0005 ≤ g ≤ 0,10;

para V: 0,001 ≤ g ≤ 0,25 Y

para B: 0,00005 ≤ g ≤ 0,001.

Herramienta recubierta.

la invención se refiere a una herramienta constituida por un material base del grupo carburo cementado, cennet, material duro y acero para herramientas y un recubrimiento de dos o más capas con un espesor de recubrimiento total de 0, 51J.m a 15IJ.m, presentando una capa de recubrimiento un espesor de 0, 0003 -5, 0 Ilffi.

l os metales duros, cermet. materiales duros y aceros para herramientas se utilizan para herramientas que están expuestas a una elevada solicitación por desgaste. Por carburo cementado se entiende un material compuesto que está compuesto por una fase de material dura y un aglutinante metálico. El grupo de materiales de los cermets comprende todos los materiales que están compuestos por una o varias fases cerámicas y por una o varias fases metálicas. Bajo materiales duros se agrupan todas las sustancias con una dureza> 1000 HV. Éstos son compuestos de los elementos del grupo lVa a Vla del sistema periódico con los elementos carbono, nitrógeno, boro o silicio. Sin embargo. diamante, nitnJro de boro cúbico, carburo de silicio, siatonas, óxido de aluminio, nitrutO de aluminio y nitruro de silicio, por nombrar los más importantes, también se encuentran en este grupo de materiales. l os aceros para henamientas son aceros según OIN 17 300 que están definidos por su aplicación en herramientas.

Para elevar la resistencia al desgaste, sobre el material base se aplican recubrimientos de materiales duros resistentes al desgaste basados en carburos, nltruros, boruros, siliciuros y óxidos. Estos recubrimientos pueden estar compuestos por una o varias capas de recubrimiento y presentar durezas que normalmente se encuentran en el intervalo 1500 HV a 4000 HV. A modo de ejemplo se remite a recubrimientos de una o varias capas constituidos por nitruro de titanio, carbonltruro de titanio, nitruro de titanio y aluminio (véase, por ejemplo, el documento EP A1-1 018387) u óxido de aluminio.

En el caso de solicitación, el sistema tribológico comprende, además de la herramienta, cuerpos opuestos que causan el desgaste y la fricción, dado el caso materiales intermedios, las fuerzas Que actúan, la secuencia de movimientos y las influencias del entomo_ Especialmente cuando las fuerzas que actúan y la velocidad relativa entre la herramienta y los cuerpos opuestos son elevadas, en la zona Ifmite superficial entre la pieza de desgaste yel

cuerpo opuesto se produce un ciaro aumento de temperatura. Así, por ejemplo, sobre la superficie de una herramienta de mecanizado se miden temperaturas de 1.000 ~Y según las circunstancias superiores. l as causas para esto son el trabajo de deformación y separaclón en la zona de corte. fricción de la viruta sobre la superficie de mecanizado y fricción de la pieza a mecanizar sobre la superficie libre. los recubrimientos de material duro basados en TIAIN se aplican ampliamente para mejorar el comportamiento de desgaste de las herramientas. Se investigaron la influencia de diferentes contenidos de Al sobre la mejora de [a resistencia a la abrasión y la oxidación, asl como la influencia de otros elementos sobre la resistencia a la abrasión de recubrimIentos de nitruro de titanio preparados especialmente por el procedimiento de PVD.

Así, en !hin Salid Films, 343 (1999) pág. 242-245" se describen recubrimIentos de TiAIBN que se prepararon en un 40 plasma de Ar a 450 ~. Sin embargo, no pudieron conseguirse mejoras significativas en la resistencia al desgaste en el mecanizado en seco.

De ·Surf. Coat TechnoL, 133-134 (2000) 145-151 " se deducen recubrimientos de TiAISiN preparados mediante evaporación por arco catódico con 3, 8% de átomos a 8, 2% de átomos de Si, alcanzándose valores de dureza de 35 45 a 45 GPa.

Además, en un recubrimi ento de TiAIN también puede sustituirse Ti con Cr, Hf, Zr o Nb.

AsI, en el documento WO 2004/059030 se describe un recubrimiento de AICrN con valores característicos de 50 desgaste mejorados.

En el documento EP O 558 061 se describe la sustitución parcial o completa de Ti en el nitruro de titanio con los elementos Hf, Zr, Cr o Nb, estando unidos recubrimientos de material duro de este tipo con el material base mediante un recubrimiento intermedio metálico de Nb aTa.

En el documento JP 2003-034859 se describe un recubrimiento de MeAlCrVCN resistente al desgaste, 3plicandose para Me al menos uno de los elementos n, Nb, W, Ta o Mo.

En el documento EP 1 201 776 se describe una herramIenta fresadora de engranajes de acero de corte rápJdo con una combinación de recubrimientos de múltiples capas da TlAlTaN o TIAITaCN y TIAIN o TlAICN que se usa para el procesamiento de aceros de baja aleación o aceros dulces. La combInación de ambos recubrimientos da un alto periodo de servicio con baja tendencia a la adhesión de virutas.

Además, el documento EP-A2 1 201 n6 02 describe un recubrimiento de material duro que está constltuido por capas de recubrimiento de TIAlN y TiAITaN.

El documento DE 102 33 222 Al describe de nuevo un recubrimiento de niburo o caroonltNro que, además de Al, contiene Cr o V. Del documento DE 102 33 222 Al se deduce además un recubrimiento de nitruro o carbonitruro que, además de Al, contiene al menos un elemento del grupo Ti, Nb, W, Ta y Mo, asl como Cr y/o V. Puede conseguirse una mejora de la dureza de la pellcula y de la resistencia al desgaste elevando la concentración de Al, as! como añadiendo Cr o V y al menos un elemento seleccJonado del grupo Ti, Nb, W, Ta y Mo.

En caso de ana solicitación de la herramienta, como este es el caso, por ejemplo, en fresadoras en seco de aceros aleados, se alcanzan temperaturas superflclales muy altas en las zonas de contacto de la herramIenta como, por ejemplo, la superficie de mecanizado y la superflcie libre. Solicitaciones similannente altas también aparecen, por ejemplo, en la zona de entrada de una herramienta de deformación. La resistencia al desgaste de los sIstemas de recubrimIento conocidos y previamente descritos no ha sido satisfactoria hasta la fecha en aquellas apllcaciones, especialmente si no se utilizan lubricantes de refrigeración.

Por tanto, es objetivo de la invención proporcionar una herramienta con alta resistencia al desgaste con alta carga de temperatura, siendo el valor de fricción en contacto con el cuerpo de desgaste lo más bajo posible.

Según la invención, este objetivo se alcanza medIante la reivindicación 1.

El recubrimiento según la invención está constituido por al menos dos capas de recubrimiento. A este respecto, un primer capa de recubrimiento presenta una composición de (TiaAlbTac) N, ascendiendo a + b + e = 1, 0, 3 s b s 0, 75 y 0, 001 s c S 0, 30. A continuaciÓn, esta capa de recubrimienlo se denomina A

La segunda capa de recubrimiento presenta una composición (11ºA1aTatMg) N, con d + e + f + g = 1, O, SO S e S 0, 70 Y O S f:S 0, 25. M designa a este respecto uno o varios elementos del grupo silicio, vanadio y boro, ascendiendo el contenido de silicio a entre el 0, 05% de átomos y el 10% de átomos, el contenido de vanadio a entre el 0, 1% de átomos y el 25% de átomos y el contenido de boro a entre el 0, 005% de átomos y el1% de átomos. A continuación, esta capa de recubrimiento se denomina B.

Mediante la adición de tántalo a la aleación en la capa de recubrimiento A se consigue un claro aumento de la dureza en caliente. A este respecto se ha mostrado que el tántalo estabiliza la solución sólida cúbica centrada en las caras hasta temperaturas muy altas de aproximadamente 800 OC. A mayores temperaturas tiene lugar concretamente una descomposk:;ión de fases, precipitando los dominios de n¡truro de aluminio cúbicos. Debido a esta precipitación se oonsigue otro aumento de la dureza de aproximadamente el 10% a temperaturas de aproximadamente 900 ac. Incluso a una temperatura de solicitación de 1.100 ac, después de experimentos de recocido a vado todavla se midieron valores de dureza en el intervalo de la dureza del recubrimiento del estado inicial. Por tanto, el tántalo como constituyente de la capa de recubrimiento A eleva la dureza en caliente en un intervalo de temperatura que aparece especialmente en procesos de deformación sin refrigerar en la zona de 45 contacto entre la superficie recubierta y el cuerpo de desgaste. Por tanto, la adición de tántalo a la aleación conduce a una protección óptima del desgaste abrasivo en el Intervalo de temperatura relevante de 700 OC a 1.100 OC, alcanzándose esto de forma auto-adaptativa. Sin embargo, el tántalo en TiAIN provoca un aumento del coeficiente de frictión a temperaturas de 700 OC Y superiores. Esto se detectó tanto contra una esfera de óxido de aluminio Inerte oomo también contra un acero auslenítico. Además, la tenacidad de la capa... [Seguir leyendo]

1. Herramienta constituida por un material base del grupo carburo cementado, cermet, material duro y acero para herramientas y un recubrimiento de dos o más capas con un espesor de recubrimiento total de 0, 5 ) .1m a J.1m, presentando una capa de recubrimiento un espesor de 0, 0003 -5, 0 J.1m, caracterizado porque al menos una capa da recubrimiento presenta la composición {Ti.AlbTa, , ) N

cona + b+c'" 1, siando 0, 3 s b s: 0, 75;

0, 001 ~ c S O, 30 y presentando al menos alta capa de recubrimiento la composición (l1c!AI..Ta¡Mg) N con d + e +f+g = 1, siendo 0, 50 s e s 0, 70;

0:Sf~ O, 25;y

siendo M uno o varios elementos del grupo SI, V, B, con para Si: 0, 0005 S 9 s 0, 10; para V: 0, 001 :S 9 S 0, 25 Y para B: 0, 00005 S 9 :S 0, 01.

2. Herramienta según la reivindicación 1, caracterizada porque f < c.

3. Herramienta según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque 0, 01 S c S 0, 25.

4. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque 0, 001 S f s 0, 20. 25

5. Herramienta según la reivindicación 4, caracterizada porque 0, 002 s f S 0, 10.

6. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque M es silicio, con 0, 001 S 9 s O, 03.

7. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a S, caracterizada porque M es vanadio, con 0, 10 S 9 s O, 20.

8. Herramien1a según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque M es boro, con 0, 0001 s 9 35 S 0, 005.

9. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque las capas de recubrimiento de diferentes composición se alternan periódicamente.

10. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque las capas de recubrimiento individuales presentan diferente espesor.

. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque las capas de recubrimiento individuales presentan principalmente una estructura cúbica.

12. Herramienta según la reivindicación 11 , caracterizada porque todavfa están presentes bajas cantidades de constituyentes microestructurales radiológicamente amorfos.

13. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque la capa de recubrimiento 50 en contacto con el material base es nitruro de titanio.

14. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque el recubrimiento superior contiene e como constituyente reductor de la fricción.

15. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 14. caracterizada porque el recubrimiento superior contiene un recubrimiento metálico.

16. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque el recubrimiento superior es un recubrimiento oxldlco.

17. Herramienta segun una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada porque el material base es carburo cementado.

18. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada porque la herramienta es una herramienta de corte.

19. Herramienta según la reivindicación 18, caracterizada porque la herramienta de corte es una punta de herramientas de corte desechable.

20. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada porque la herramienta es una herramienta de conformado.

21. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizada porque el recubrimiento se aplica 15 mediante el procedimiento de eVD.

22. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizada porque el recubrimiento se aplica mediante el procedimiento de PVD.