Merkmale und Anwendungen von Beschichtungen für Hartmetallwerkzeuge

Hartmetallbeschichtungen werden vor allem in Schneidwerkzeugen eingesetzt und weisen folgende Eigenschaften auf:

Beschichtungen verbessern die Verschleißfestigkeit von Hartmetallen, verringern den Reibungskoeffizienten zwischen Werkstück und Werkzeugoberfläche, reduzieren die Schnittkräfte und senken die Schnitttemperaturen. Infolgedessen können die Schnittgeschwindigkeiten erhöht werden, ohne die Standzeit des Werkzeugs zu beeinträchtigen.

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Beschichtete Werkzeuge sind für die Bearbeitung von Werkstoffen wie Titanlegierungen und austenitischem Edelstahl nicht geeignet. Gegenwärtig werden oberflächenbeschichtete Hartmetalle vor allem bei Halbfertig- und Fertigbearbeitungen eingesetzt. Mit der Entwicklung der Beschichtungstechnologie und der Verbesserung der Verfahren dürfte sich der Anwendungsbereich dieser Legierungen noch erweitern.

Basierend auf verschiedenen Beschichtungsmaterialien, beschichtete Hartmetallwerkzeuge lassen sich in die folgenden vier Typen einteilen:

TiC-beschichtete Einsätze;

Dicke der Beschichtung: 5-7 μm;
Härte der Beschichtung: HV 3200-3250;
Merkmale: Dies war die erste Art von beschichteten Einsätzen, die aufkam. Sie zeichnet sich durch eine hohe Beschichtungshärte und eine gute Diffusion in das Substrat aus, was zu einer starken Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Substrat führt. Allerdings kommt es zwischen der Beschichtung und dem Substrat zu einer Entkohlung, die mit der Dicke der Beschichtung zunimmt. Dies führt zu einer verminderten Biegefestigkeit, erhöhter Sprödigkeit und einer höheren Neigung zu Ausbrüchen beim Schneiden.

TiN-beschichtete Einsätze;

Dicke der Beschichtung: 8-12 μm;
Härte der Beschichtung: Niedriger als TiC;
Eigenschaften: TiN-Beschichtungen haben eine geringere Härte als TiC-Beschichtungen, und ihre Haftfestigkeit mit dem Substrat ist ebenfalls geringer als die von TiC. TiN-Beschichtungen weisen eine gute Wärmeleitfähigkeit und geringere Reibungskoeffizienten mit eisenbasierten Werkstoffen auf, was zu einer besseren Beständigkeit gegen aufbauenden Kantenverschleiß führt. Außerdem sind TiN-Beschichtungen weniger anfällig für die Bildung spröder Phasen zwischen der Beschichtung und dem Substrat, so dass dickere Beschichtungen als bei TiC möglich sind.

TiN-TiC Verbundwerkstoff beschichtete Einsätze;

Dicke der Beschichtung: Die erste Schicht auf der Substratoberfläche ist TiC mit einer Dicke von etwa 1 μm, gefolgt von einer TiN-Außenschicht.
Merkmale: Der Zweck der ersten TiC-Schicht ist es, eine starke Bindung zu erreichen. Darauf folgt eine Verbundschicht aus sich gegenseitig infiltrierenden Karbiden und Nitriden, wobei die äußere Schicht aus TiN besteht. Im Vergleich zu reinen TiC-Beschichtungen hat diese Kompositbeschichtung den Vorteil, dass sie eine höhere Wärmeleitfähigkeit, eine bessere Beständigkeit gegen adhäsiven Verschleiß und eine stärkere Bindung mit dem Substrat aufweist. Mit anderen Worten, diese Verbundbeschichtung kombiniert die Vorteile von TiN- und TiC-Beschichtungen.

Metall-Keramik (Al2O3) beschichtete Einsätze und doppelt beschichtete Einsätze;

Beim ersten Verfahren wird das Hartmetallsubstrat mit Al2O3 beschichtet, beim zweiten Verfahren wird Al2O3 auf eine TiC-beschichtete Wendeschneidplatte aufgetragen. Mit doppelt beschichteten Wendeschneidplatten können Stahl- und Gusseisenteile bei Schnittgeschwindigkeiten von 5-6,7 m/s (300-400 m/min) mit einer Standzeit von 900 Sekunden bearbeitet werden.

Bei den oben genannten Beschichtungen auf der Basis von Hartmetalleinsätzen wird K01 als Substrat für die Bearbeitung von Stahl und K20 für die Bearbeitung von Gusseisen verwendet.

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